선박의 건조과정에서 필수적으로 선체 외판에는 선박의 안전과 운항 및 정비 등에 필요한 정보를 나타내기 위해 다양한 종류의 마크 및 문자가 마킹되어진다. 하지만, 단순한 도장 작업만으로는 해상과 같은 부식 환경에서 마크 및 문자가 쉽게 지워지거나 손상되기 때문에 마크 및 문자를 용접 비드(welding bead)로 표시하거나 미리 절단된 강판(steel plate)을 수동으로 용접한 뒤 도장을 함으로써 마크 및 문자의 손상을 방지하고 있다. 이러한 문자마킹작업을 하기 위해서는 작업자가 수작업으로 기준선과 마크 및 문자의 위치를 먹줄 등을 이용하여 마킹을 하고, 해당 마크 및 문자의 템플렛(template)을 이용하여 펀칭을 실시한 후 수동으로 용접을 실시한다. 하지만, 수작업을 통한 선체외판 문자마킹 작업은 작업자의 기량에 따라 품질이 상이하여 품질 저하의 원인이 된다. 또한 대조립 및 탑재 단계에서 문자 마킹 작업시 수직자세의 용접을 요구함으로써 작업자가 안전사고에 노출되어 있으며, 선박의 각 단계별 주요 공정보다 작업시간이 길어져 전체 선박 건조공정을 지연시키는 문제점 등을 야기시킬 수 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 조선업계에서는 선체 외판의 마크 및 문자를 자동으로 용접할 수 있는 장치를 개발하기 위해 노력해왔으며, 몇몇 개발 사례가 보고되고 있다. 하지만, 그 실효성 부분에서는 아직까지 해결하지 못한 문제점들로 인해 현장 적용에는 어려움을 보이고 있다. 본 연구에서는 선박외판 문자 자동용접장치의 기능성뿐만 아니라 현업 적용성을 가장 우선적으로 고려하여 문자마킹장치(Marking Robot for Shipbuilding) 개발을 진행하였다. 우선, 적절한 용접 재료를 선정하기 위해서 솔리드 와이어(Solid Wire)와 플럭스 코어드 와이어(Flux Cored Wire)에 대한 비드온 용접(Bead-On Welding)을 아래보기자세와 수직자세에 대해서 실시하여 적절한 용접 조건을 설정하였다. 본 연구에서 개발된 문자마킹 자동용접장치는 3축으로 구성되어 있으며 각 축들을 분리할 수 있도록 개발하여 이동성을 향상시켰으며, 작업면과 용접토치간의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있도록 용접전류 센서(Welding Current Sensor)를 이용하여 토치 높이(Wire Extension)를 제어함으로써 균일한 품질의 용접비드를 얻을 수 있었다. 또한 문자마킹 자동용접장치는 본체 구동부와 제어부(Touch Screen)가 쉽게 분리되고 장착이 가능한 구조로 개발되었으며, 용접시 각 용접자세별로 용접전압, 전류 그리고 용접속도 설정이 가능하여 아래보기 자세뿐만 아니라 어떠한 자세에서도 같은 모양의 비드형상을 가지는 문자마킹용접이 가능하도록 개발하였으며, 이는 실험과 현장적용을 통해 검증하였다.

Polycarbonate (PC) and Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) was welded through a combination of a diode laser and CNC. Laser beam passed the transparent PC and was absorbed in an opaque ABS. Polymers were melted and welded by absorbed and conducted heat. Experiments were carried out by varying working distance from 44mm to 50mm for the focus spot diameter control, laser input power from 10W to 25W, and scanning speed from 100 to 400mm/min. The weld bead size and the specimen cross-section were analyzed, and tensile results were presented through the joint force measurement. With focus distance at 48mm, laser power with 20W, and welding speed at 300mm/min, experimental results showed the best welding quality which bead size was 3.75mm and the shear strength was $22.8N/mm^2$. Considering tensile strength of ABS is $43N/mm^2$, shear strength was sufficient to hold two materials. A single process was possible in CNC machining processes, surface processing, hole machining and welding. As a result, the process cycle time was reduced to 25%. Compared to a typical process, specimens were fabricated in a single process, with high precision. By combining two operations processes developed process gained 50% more efficiency.

용접에 의한 이면부 도장의 Burn damage는 관리하기 힘든 고질적인 품질문제이다. 도장면의 Burn damage 품질문제 발생시 재작업 등으로 인하여 많은 비용이 발생한다. 이런 경우 기존에 보유한 실험자료 및 적절한 이론자료 부족으로 인하여 일회적인 실험 혹은 해석적 방법을 사용하여 용접 이면부의 최고온도 등을 예측하고 회피할 수 있는 방법론을 제공하였다. 그러나 각 경우에 대해 해석 및 실험을 진행하게 되면 시간 및 비용에서 많은 문제점을 일으키게 된다. 따라서 체계적이고 효율적인 Burn damage 예측방법의 필요성이 대두되었다. 본 연구의 목적은 실험적/해석적 방법을 통해 용접이면부 최고 온도를 예측하고 이를 통해 일반화된 용접이면부 최고도달온도 예측식을 유도하는 것에 있다. 이를 위해 다양한 조건에서의 실험과 해석을 실시하였으며 이를 통해 일반화된 용접 이면부 최고도달온도 예측식을 유도하였다.

자동차 운반용 선박(PCTC) 건조 시, 자동차를 고정시키기 위해 약 5 만 여개의 Lashing Socket(6,700 Units PCTC 기준)이 소요되는데, 이때 사용되는 Lashing Socket 은 용도 및 형태에 따라 Hole Cup, Flush Cloverleaf Type Pot, Raised Cloverleaf Type Pot, D-Ring, Crinkle Bar 등으로 구분된다. 이와 같이 다양한 종류 중에서 Hole cup 타입이 전체 적용되는 Lashing Socket 의 약 80%에 이른다. 기존에 사용되고 있는 자동용접장치는 Hole Cup 이외에는 적용이 불가능하고, 자석을 이용하여 Hole Cup 의 상부에 위치시키는 방식이었기 때문에 경량화 및 다양한 종류 및 크기의 Lashing Socket 에 적용이 가능한 자동용접장비의 개발이 요구되었다. 본 연구에서는 두께가 다른 $\phi$140 Hole Cup 및 Flush Cloverleaf Type Pot, Raised Cloverleaf Type Pot 에 적용 가능하며, 분리형 용접캐리지와 Centering Template, Magnet Jig 로 구성된 연속 및 단속 용접이 가능한 자동용접장치를 연구 개발하였다. 이를 통해 종래 Hole Cup 전용 자동용접 캐리지의 문제점을 개선하여, 작업자가 Centering Template 과 Magnetic Jig 을 이용하여 캐리지를 Hole Cup 의 중앙에 위치시키기 용이하게 하였다. 이 같은 분리형 장치 구성을 통해 Hole Cup 중앙에 캐리지 고정 작업과 용접 작업을 분리함으로써 자동용접이 진행되는 도중에 여분의 Jig를 이용하여 다른 Hole Cup 에 용접 준비를 하여 연속적인 작업이 가능하도록 하였다. 본 연구는 종래의 Hole Cup 전용 자동용접 캐리지의 문제점을 개선한 분리형 용접 캐리지를 개발함으로써 아래와 같은 결과를 얻었다. 1. 용접 캐리지를 포함하여 각 부분별 분리를 통해 작업자가 1 회 이동 시 필요로 하는 중량을 감소시켜 장비의 이동 및 제어가 쉽다. 2. Magnetic Jig 를 Centering Template 에 결합하고, Template 의 Jig 를 Lashing Socket 에 결합함으로써 손쉽게 Lashing Socket 의 중심부를 찾을 수 있으므로 용접 캐리지의 정확한 센터 고정이 가능하다. 3. 엔코더에 의한 1 회전을 검출함으로써, 작업 종료 후, 어떤 위치에서나 작업 재개가 가능하며 원점 복귀 작업이 불필요하다. 또한 엔코더에 의한 거리 설정으로 용접 속도에 상관없이 동일한 거리만큼 오버랩 용접이 가능하다. 4 디지털 방식으로 용접 조건의 입력이 가능하고, 용접 조건을 D/B 화 함으로써 Control Panel 상에서의 자동 제어가 가능하다. 이를 통해 연속 용접 또는 단속 용접이 가능하므로 다양한 형태의 Lashing Socket 을 자동 용접할 수 있는 효과가 있다. 이상의 결과를 통해 본 장비가 Fig.2 의 3 가지 종류의 Lashing Socket 용접에 효과적인 장비임을 확인할 수 있었다.

TIG 용접에서는 후판 용접의 경우 용입의 한계 때문에 깊고 넓은 그루브 가공을 하여 다층 용접을 한다. 이 때, 그루브를 채우는 용착금속에 의한 응고 수축과 과대한 입열로 인한 변형이 문제시 되고 있다. 변형을 줄이기 위해서는 용착금속의 양과 입열량을 줄여야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 그루브의 루트패이스를 두껍게 하고 그루브각을 줄여서 용착량을 줄인다. 이때, 좁은 그루브에서 두꺼운 루트패이스를 완전 용입할 수 있는 용접 프로세스가 필요하다. 비드가 좁고 깊은 용입 특성을 가지는 Plasma welding(PAW) 경우에는 좁은 그루브 속에 토치가 접근하기 어려워 적용하기 어렵다. 따라서 접근성이 용이한 TIG 용접에서 높은 용입형상비를 가지는 용접공정 개발이 필요하다. 선행연구로 높은 용입 형상비를 가지는 Active flux Tungsten Inert Gas(ATIG) 용접이 연구되었다. ATIG의 용입 증가 메커니즘으로는 Marangoni effect, 음이온들로 인한 아크 수축 효과, 절연 플럭스에 의한 아크 수축효과 등으로 알려져 있다. 또한 선행연구에서 ATIG에서 Ar가스에 He 또는 $H_2$ 가스를 첨가하면 용입이 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 A-TIG에 He 가스를 적용하고 아크길이 0.5mm, 1.0mm, 2.0mm와 전극 선단각 30도, 60도, 90도에 따른 용입 형상비와 변형량을 검토하기 위해 실험을 하였다. 실험 결과는 아크길이가 감소할수록 전극 선단각이 증가할수록 용입 형상비는 증가하였고, 변형량은 감소하였다.

알루미늄 합금 Al 6082-T6는 최근에 개발되어 북유럽 등의 선진국에서는 그 뛰어난 해양 내식성과 우수한 강도로 인하여 해양구조물의 헬리데크(Helideck), 타워 갱웨이(Tower gangway), 알루미늄 피팅류(Aluminium fitting)등의 해양구조물과 플랫폼(Flatform), 알루미늄 래더(Aluminium ladder)등의 선박부품, 차량, 기계부품 분야에서 전 세계적으로 널리 사용되기 시작하였다. 그러나 전통적으로 용접금속의 기공은 결함으로 분류 되고, Rakesh Kumar 등의 논문에 따르면 용접 시 용접금속 내에 발생되어진 미세기공이 기계적 성질에 악영향을 미치는 것으로 보고되어졌다. 따라서 용접금속내의 발생하는 기공을 방지하는 용접공정의 개발이 반드시 필요하다. 본 연구의 목적은 Al 6082-T6 고속 MIG용접에서 기공방지를 위한 용접공정을 개발하는 것이다. Al 6082-T6의 7t 플레이트에 Al 5356의 와이어를 사용하여 아크길이 변경 및 용접속도를 60cpm과 120cpm으로 변경하여 실험하였고, 용접속도 120cpm의 고속 MIG용접에서 토치 진행각을 변경하여 실험을 진행하였다. 용접공정 파라메터 변경에 따른 기공율 측정은 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 정량적으로 분석하였다.

기존 아날로그 SCR 타입의 용접시스템은 케이블 길이가 변화함으로써 신호 왜곡에 따른 와이어 송급이 일정하지 못하였다. 또한 신호선의 과다로 케이블의 무게와 보수에 어려움이 있었다. 이런 단점을 디지털 통신을 이용하여 모터제어의 신뢰성을 확보하여 정밀제어가 가능한 와이어 피더 및 통신선을 이용한 싱글케이블 단순화을 이루고자 한다. 본 연구에서는 케이블 길이에 따른 와이어 송급제어(송급모터 속도 제어)의 왜곡을 최소할 수 있는 디지털 통신기반의 용접시스템을 개발하고자 한다. 디지털 모터제어 및 용접기와의 통신장치를 개발하여 용접성능 테스트를 수행하면서 기능 보완 작업을 수행하였다. 성능테스트에는 송급모터 제어기능, 용접기와 통신 신뢰성, 용접 시��스 제어, 제어기의 신뢰성 및 용접 테스트가 포함된다. 본 연구에서 개발된 디지털 기반의 송급시스템을 당사 $CO_2$ 용접시스템에 적용하여 용접품질 향상, 케이블 경량화 및 신뢰성을 확보하여 타 용접 시스템에 확대 적용하고자 한다.

파이프 용접은 중력의 영향으로 인하여 위치에 따라 같은 용접변수라도 비드 형상이 매우 달라 지게 된다. 또한 지금까지 많은 용접 기술자들이 위험하고 까다로운 환경에서 수작업으로 용접을 실행하였다. 따라서 이러한 이유로 용접 자동화 공정이 반드시 필요하게 된다. 본 연구에서는 FCAW를 사용하여 파이프 모재 대신 필릿 평판을 아래보기, 위보기 자세를 포함하여 9개 자세에서 실행하였다. 용접 자세를 비롯한 용접 변수와 비드 형상 변수간의 관계를 비선형 회귀 분석과 구간적 3차 에르미트 보간법을 이용하여 주어진 용접 변수에서의 비드 단면의 형상을 예측하고, 비드의 결함 유무를 파악하였다. 이러한 방법을 통하여 자세에 따라서 용접 결함이 없는 용접 변수를 구할 수 있었다. 시각센서를 이용하여 용접 후 비드 형상에 대해 모니터링을 실시하였다. 모니터링의 알고리즘은 영상획득, 이진화, 세선화, 적응형 미디언 필터링, 적응형 허프 변환, 용접 결함 검출의 순서로 구성되어 있으며, 본 연구에서는 보다 빠른 영상처리를 위하여 적응형 미디언 필터링을 제시하였다. 모니터링을 통하여 2차원 비드 단면뿐만 아니라, 디루니 삼각법을 적용하여 3차원으로 비드 표면을 표현할 수 있다. 보간법을 사용하여 얻은 비드 형상과 시각 센서를 통하여 얻은 비드 형상간의 비교를 통하여 본 연구의 적합성 여부를 확인하였다.

GMA용접은 높은 생산성과 자동화 효율로 널리 사용되고 있다. 그러나 종래의 인버터 용접기는 스패터 발생이 높고 고속용접이 어려운 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 와이어 송급 전후진을 가능하게 하는 장치를 개발하였고 개발된 장치를 H사의 펄스용접기에 장착하여 기계적 제어(와이어 전후진 고속 송급제어)를 통해 저스패터와 고속 용접이 가능한 기계적 전류파형을 개발하였다. 스패터는 단락과 아크발생시에 높은 전류로 인해 발생되기 때문에 기계적 제어를 통하여 Fig. 1에 보는 바와 같이 낮은 전류에서 단락과 아크발생이 일어나 스패터 발생이 줄어들게 되고 기계적 제어를 통해 단락과 아크발생 주기가 일정하게 되어 아크의 안정성 및 고속용접에 유리하게 된다. 개발된 기계적 파형을 이용하여 가장 스패터 발생이 많은 재료인 스틸과 $CO_2$를 보호가스로 하여 용접전류와 용접 속도를 변화시키며 실험한 결과 저스패터 및 1.5m/min이상의 용접 속도에서 안정된 비드를 얻을 수 있었다.

터빈에서 핵심부품인 로터는 블레이드를 원심 운동시키는 대형 단조강이며, 고압의 증기 조건에서 고속회전하며 고온에서 운전과 저온에서 과속시험 동안 높은 원심력을 받는다. 또한 기동/정지 천이 동안 열응력을 받기 때문에, 이러한 운전조건에 부합되는 소재로서는 높은 Creep 강도 및 피로강도를 가지는 CrMoV type의 강종이 사용되어져 왔다. 발전소의 대용량화 및 고온화에 따라 종래의 증기조건에서 사용되어져 왔던 1%CrMoV강은 내산화성 및 내부식성이 문제가 되어 더 이상 사용이 불가하며, 고온/고압하에서도 우수한 소재 특성을 가지는 12%Cr강의 사용이 필수적이다. 그러나 12%Cr강으로 제작되는 로타는 Cr 양이 높기 때문에 저널부에 Galling 또는 Scuffing 이라 불리는 부적절한 마모현상과 사용 중 소착이 발생하기 쉬운 단점이 있기 때문에, 저널부에 Cr 함유량 2~3% 이하의 저합금강을 오버레이 용접하여 육성하는 일체형 가공구조의 로타 저널부가 주목되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 Large scale 로타가 용접 도중 급열 및 급냉이 되지 않으면서 균일한 온도로 일정 시간 유지할 수 있는 열관리 장치 개발, 최적 오버레이 용접조건 선정 및 용접부 건전성 시험 평가를 통하여 12%Cr 로타 저널부의 최적 오버레이 용접공정을 확립하고자 하였다. 용접 열관리 장치는 전기저항 가열방식을 적용하고 있으며 용접이 최종 완료되기 전까지 로타 제품 전체는 $93^{\circ}C$이상의 온도로 유지 되어져야 하며, 규정 용접후열처리 온도는 $650^{\circ}C{\pm}14^{\circ}C$ 이다. 또한 로타 오버레이 용접은 모재 Set up $\Rightarrow$ 용접예열 $\Rightarrow$ GTA용접 $\Rightarrow$ SA용접 $\Rightarrow$ 용접후열(Post heating) $\Rightarrow$ 용접후열처리(PWHT) $\Rightarrow$ 정삭가공 $\Rightarrow$ NDE(UT) 순으로 수행 되어진다 실제 로타의 1/3 Scale로 시험편을 제작하여, 오버레이 mockup 시험을 수행한 후 화학성분, 경도 분포, 인장강도, 충격인성 및 굽힘시험을 수행한 결과, 오버레이 용접에서 요구되어지는 용접 물성값을 만족하는 것으로 확인되었다. 또한 균열 등의 선형 결함이나 기공, 슬라그 혼입과 같은 결함은 관찰되지 않았으며, 용접 시 아크의 안정성과 슬라그의 박리성은 양호하였으며 비드의 외관도 미려하여 용접 작업성도 양호하였다.

현재 열간단조 금형을 제작함에 있어 육성용접을 실시하는 방법이 금형강 STD61, STD11 등으로 제작하는 방법에 비해 보수나 비용적인 측면에서 이점을 가지고 있기 때문에 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 열간단조 공정에서 금형은 $1000^{\circ}C$이상의 고온재료와 반복접촉하게 된다. 이때 이형제의 사용은 급속냉각 및 급속가열의 열피로를 가속시킨다. 또한, 금형은 반복충격에 의한 기계적 피로를 받게 된다. 이러한 금형의 사용환경을 고려한 FCW는 종래 고가의 $2.8{\sim}3.2{\Phi}$인 외국산 FCW를 사용하였으나 이를 대체한 $3.2{\Phi}$ 태경 FCW가 국내에서 개발되었다. 하지만 개발된 FCW를 사용하여 제작된 금형의 수명이 부족한 현상이 발생하였다. 이에 금형의 수명을 연장시킬 수 있는 내균열성 및 내열충격성을 확보한 태경 FCW의 개발과 개발된 FCW의 성능평가가 요구되었다. 특히 열간단조 금형에 있어서 중요한 내열충격성의 경우 가열과 냉각의 반복 Cycle에 의한 Thermal shock의 평가가 대부분이며 높은 Cycle로 인해 많은 시간이 걸리며, 또한 가열과 냉각을 오갈 수 있는 고가의 시험장치가 요구된다. 그러므로 개발된 FCW 육성용접부의 내균열성 및 내열충격성을 평가할 수 있는 방법에 대한 연구와 특히 내열충격성을 시간이 적게 걸리면서도 경제적으로 평가할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구의 목적은 열간단조 금형 육성용접부의 내균열성 및 열충격특성을 평가할 수 있는 방법에 대한 검토와 특히 내열충격성에 대해 J.W.Kim등의 시험방법을 참고하여 시간이 적게 걸리면서 저 비용으로 열 충격특성을 평가할 수 있는 시험법을 고안하는 것이다. 이를 위한 방법으로 육성용접부의 내균열성을 평가하기 위한 상온 Bending을 실시하였고, 내열충격성을 평가하기 위한 염욕로를 이용하는 고온 Bending을 고안하여 실시하였다. 상온 Bending, 고온 Bending 모두 3점 굽힘시험을 적용하였다. 고온 Bending의 가열방법으로는 염욕로를 사용하여 시편이 대기중에서 약 $850^{\circ}C$의 온도가 될 수 있도록 하였다. 시편은 각각 열처리를 하여 요구 경도를 확보하였고, 이를 염욕로에서 5분간 가열 및 유지하여 취출 후 굽힘하중을 가하여 변위의 정도로 열충격을 평가하는 방법을 사용하였다. 상온 Bending은 극한변형량과 파단부 극한응력으로, 고온 Bending은 고온 극한변형량으로 평가를 하였고, 외국산 FCW를 사용한 육성용접부를 비교대상으로 하였다. 평가 결과 개발된 국산 $3.2{\Phi}$ 태경 FCW의 성능은 외국산 FCW와 유사하거나 우수한 것으로 평가되었고, 실제 금형을 제작하여 현장에 적용한 결과 금형의 수명이 연장된 것이 나타났다.

자동차 차체와 같은 박판을 접합하기 위해서 인버터 DC 저항 점 용접공정은 매우 널리 사용되어지고 있다. 이는 교류 용접에 비해 적은 전류로 용접이 가능하고, 더 넓은 적정 용접 영역을 가지며, 보다 적은 전극마모를 가지는 인버터 DC 저항 점용접의 특성에 기인한다. 아울러 최근에는 파워 소자와 같은 인버터 구성에 필요한 구성 요소의 가격이 낮아져, 전반적으로 용접기의 가격이 하락하였고, 구성 장치에 대한 신뢰성이 증가하였으며, 기존보다 전력의 사용량이 감소하여 인버터 DC 저항점 용접공정의 사용이 더욱 증가하고 있는 상황이다. 또한 차량의 경량화에 대한 요구가 증가함에 따라 고 장력 강판의 적용이 확대되고 있다. 이러한 재료의 우수한 용접을 위해 인버터 DC 저항 점 용접시스템의 개발이 더욱 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 인버터 DC 저항 점용접 시스템을 구성하더라도 모재의 특성이 전류 파형에 영향을 주게 되어, 정 전류 제어가 적용되지 못하면 전류 파형이 불안정해지게 되고 원하는 전류가 발생되지 않게 되어 스패터가 발생하거나, 용접 품질에 영향을 줄 수 있게 된다. 본 연구에서는 인버터 DC 저항 점용접 시스템을 구성하고, 정 전류의 제어를 위한 퍼지 제어 알고리즘을 개발하여 적용하였다. 퍼지제어기의 환산 계수를 최적화하기 위해서 유전 알고리즘을 적용하였으며, 실험에는 고장력강을 대상으로 정 전류 용접 공정을 수행하였다.

최근 컨테이너선은 점차 대형화되고 있으며, 이에 따라 선체의 외판 상부의 철판 두께도 최대 80mm 까지 설계되고 있다. 블록 외판의 수직 맞대기 용접의 경우 고능률 용접기법인 Electro Gas Weldig(이하 EGW)이 적용되고 있으나, 극 후판의 경우, 기존의 한 개의 전극만으로는 적용 가능한 두께 범위의 한계가 있어 수직 맞대기 용접의 용접생산을 향상시키기 위해 2개의 전극을 사용하는 탄뎀 EGW 기법에 의한 시공법이 고려되었다. 탄뎀 EGW 기법의 시공법에 관한 보고서는 국내외에서 많이 발표되어져 왔다. 하지만 실선 적용에 있어 두께 80mm, 길이 2M 이상의 철판을 안정적으로 용접하기 위한 장애요소는 용접 중 적절한 슬래그의 배출 조절이다. 두개의 용접 와이어를 동시에 공급할 때 발생하는 슬래그를 균형있게 배출하지 못하는 경우 용융, 금속 상부에 적층되는 슬래그의 양이 증가하게 되고, 아크는 불안해져서 전극팁에의 슬래그 부착, 전극 팁의 발열 등에 의한 요인들이 송급을 불안하게 하여 연속 용접이 어려워진다. 본 연구에서는 탄뎀 EGW 기법을 실제로 현업에 적용하기 위해서는 안정적인 슬래그 배출에 착안하여 동당금의 형상에 따라 슬래그의 배출 성능을 확인하고 형상별 전류, 전압 파형을 측정하고, 파형 결과에 따라 아크 안정성을 평가함으로서 탄뎀 EGW 용접기법에 적정한 동당금을 설계한 결과를 소개하고자 하였다.

Alloy 82/182로 용접된 원자력 발전소 주기기의 이종 금속 용접부는 장기간 운전 후 응력부식균열(SCC : Stress Corrosion Cracking)에 의한 결함이 나타나게 된다. 2000년대 이후로 원자력 주기기 Alloy 82/182 용접부에서 PWSCC(Primary Water Stress Corrosion Cracking)에 의한 Degradation이 급격히 증가하는 추세를 보이고 있으며, 국내에서도 이와 관련하여 원자력 발전소의 안전성에 대한 Issue 및 대비책에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 Alloy 600 용접부에 대한 결함을 예방하기 위한 대표적인 기술로써 수명연장 오버레이 기술이 있다. 원자력 주기기 노즐부는 저탄소강으로 제작되어 있으며, 저탄소강에는 제작 시 용접후열처리가 적용된다. 후열처리를 하는 주된 이유는 Tempering을 통해 열영향부의 인성 및 연성의 회복과 강도를 감소시켜 모재와 동등 또는 이 이상의 물성을 갖도록 하는 데 그 목적이 있다. 그러나 수명연장 오버레이의 경우 현장 작업 시에 후열처리가 어렵기 때문에, 이를 대체하기 위한 기술로 템퍼비드 용접을 적용할 경우 후열처리를 면제해 주고 있다. 본 연구에서는 수명연장 오버레이 기술 개발의 일환으로써 저 탄소강에 대한 템퍼비드 용접 기술을 확립하였다. 실험에 사용된 모재는 원자력 주기기의 노즐에 사용되는 SA508 Gr.3 Cl.1을 사용하였으며, 용가재는 Alloy 52 및 52M을 사용하였다. 최적 조건 도출을 위해서 실험 매트릭스를 이용하여 기본 실험을 수행하였으며, 실험에는 자동 GTAW 용접을 적용하였다. 기본 실험을 통해 얻은 최적 조건을 사용하여 PQ 시험을 수행하여 WPS를 확보하였다. 분석은 용접 후 조직 및 경도 시험, 물리시험(인장시험, 굽힘시험 및 충격시험)을 수행하였다.

최근, 유한한 에너지 자원의 한계와 지구 온난화 등으로 세계의 제조 산업은 새로운 국면을 맞이하고 있으며, 특히, 자동차 산업은 화석연료를 주 에너지원으로 사용한다는 점과 이 연료를 연소시킬 때 발생하는 이산화탄소가 지구 온난화의 주된 원인이 될 수 있다는 점에서 상기 문제들을 해결하기 위한 다양한 방법에 주목하고 있다. 그 중에서 자동차의 생산기술 측면에서 볼 때, 가장 중요한 이슈는 차체 경량화다. 자동차 차체는 자동차를 구성하고 있는 여러 가지 부품 중에서 약 40% 정도의 무게 비율을 차지하고 있기 때문에, 차체 경량화는 연비향상과 이산화탄소 배출가스 감소와 직접적인 관계를 가지고 있다. 다양한 차체 경량화 방법 중에서 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법이 경량소재 적용에 의한 경량화 방법이다. 현재, 탄소섬유 강화 플라스틱과 같이 무게 절감 비율을 최대화 할 수 있는 소재들도 개발되어 일부 적용되고 있지만, 일반적으로 차체 경량화 소재로 가장 널리 사용되고 있는 소재는 알루미늄 합금이며, 이에 대한 차체 적용 비율이 점차로 높아지는 추세에 있다. 이에, 본 연구에서는 알루미늄 합금이 차체에 적용되었을 때의 장단점을 살펴보고, 알루미늄 합금을 적용한 차체 생산과정에서 유의해야 될 사항들과 이를 바탕으로 하는 생산성 극대화 방안에 대하여 고찰하였다. 먼저, 기존의 알루미늄 저항 점 용접공법의 단점을 최소화하고 대량생산 체계에 적합하도록 개발된 새로운 개념의 저항 점 용접 시스템에 대해 그 성능과 양산성을 검증하였다. 구리 전극과 알루미늄 피용접물 사이에 프로세스 테이프를 삽입하여 용접하는 이 시스템은 열전도성이 큰 알루미늄 용접부에서 저전류의 조건에서도 효과적으로 균일한 발열현상이 발생하게 하였으며, 전극 팁 드레싱 없이 모든 용접점이 항상 동일한 조건에서 용접이 이루어질 수 있도록 하였다. 용접 조건 설정에 있어서도 용접전류가 통전되는 순간에 전극 가압력을 자유로이 변형시켜 용접부 크랙 발생을 최소화할 수 있음을 확인하였다. 알루미늄의 또 다른 대표적인 접합방법인 아크용접에 있어서는 용접 입열량을 조절하여 용접변형을 최소화 할 수 있는 아크용접 시스템에 대해 양산성과 적용 타당성을 검토하였다. 와이어 송급 방향을 자유자재로 바꿀 수 있는 이 시스템의 특성에 의해 스패터를 최소화하면서 용융금속이 효과적으로 모재에 금속이행 될 수 있음을 확인하였으며, 판재, 압출재, 및 다이캐스팅재 등 다양한 차체 소재에 대한 용접 가능성 및 미그-레이저 하이브리드 용접과의 비교분석을 통하여 차체 박판 용접에서도 최소의 열변형으로 효과적으로 사용될 수 있음을 보였다.

저항 점 용접은 1930년대에 Thomson에 의해 방법이 제안된 이후로 자동차, 전자, 항공기, 철도산업등에서 박판 금속(sheet metal)의 접합에 가장 널리 사용되고 있는 공정이다. 특히 자동차 차체와 같이 대부분 박판으로 구성되는 구조물에서는 저항 점 용접의 사용 범위가 매우 넓기 때문에 자동차 산업에서는 가장 기본적인 근본 기술 중의 하나로 인식되고 있다. 보통 자동차 한대를 생산하는데 소요되는 저항 점 용접 타점은 3000~4000개 정도로 자동차 차체 용접 공정의 대부분을 차지하고 있다. 또한 로봇과 연동된 자동화 공정으로 적용되고 있다. 최근의 자동차 차체를 구성하는 금속 재료가 자동차의 경량화, 친화경 소재의 사용자의 요구로 인해 새로운 강판이 사용된다. 자동차의 연비 향상을 위해서 다른 방법보다 자동차의 무게를 감소시키는 것이 가장 효율적이고, 쉽기 때문에 고장력 강판의 사용이 급속하게 증가하고 있다. 뿐만 아니라 차제의 부식성, 내마모성 향상을 위해 도금 처리된 강판의 사용도 활발하게 이루어지고 있다. 최근에 도장 공정 감소를 위해 도금 처리위에 도료 착색을 용이하게 하는 도료의 일부를 금속 표면에 처리된 강판의 개발도 진행되는 등 금속 소재의 변화가 다양하게 진행되고 있다. 이러한 새로운 강종은 기존의 AC 용접이나 DC 용접으로는 용접성 확보에 어려움을 가지고 있어, 새로운 저항 점 용접 공정의 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 저항 점 용접 공정의 개선을 위해서 인버터 저항 점 용접기에서 용접 공정 중 전류를 제어하기 위한 효율적인 제어기 개발 방법과 개발된 제어기를 바탕으로 용접 중에 용접부의 품질을 예측하여, 용접 전류 및 가압력을 실시간 제어하여 안정적인 용접부의 품질을 갖질 수 있는 지능형 저항 점 용접기의 적응 제어기를 개발하는데 있다.

현장의 GMA 용접기는 일반적으로 용접기 본체로부터 와이어 송급장치까지의 거리가 약 50m 정도 떨어져 있고 송급장치로부터 토치까지의 거리는 약 3~5m 정도이다. 특히 국산 GMA 용접기의 와이어 송급장치는 DC 모터의 일종인 프린트모터를 사용하고 있으며 제어기는 오픈루프 제어를 하고 있다. 따라서 와이어 송급속도의 변동을 보상할 수 있는 어떤 수단도 장착되어 있지 않다. 또한 송급장치와 토치간 와이어를 안내하는 케이블 도관의 마찰 때문에 토치 끝단에서의 와이어 송급속도가 불규칙해질 수밖에 없다. 용접 시 와이어 송급속도의 순간적인 변동 때문에 용접부의 전류 파형이 매우 불규칙해지고 이 때문에 용융된 용적이 용융풀로 이행하지 못하고 스패터로 비산하는 현상을 발생시킨다. 본 연구에서는 이를 해결하고자 국산 SCR 용접기 및 인버터 용접기와 호환 가능한 디지털 제어형 와이어 송급장치와 Push-Pull 용접 토치를 개발하였다. 또한, 개발된 시스템을 이용하여 정 역 방향 제어기술을 적용하였고 아크 발생 시의 스패터 최소화 공정을 제안하였다. 실험은 SM490A 강재를 사용하여 BOP(Bead On Plate) 용접을 실행하였다. 용접 중 LabVIEW를 이용하여 아크 발생 초기 전류, 전압 그리고 와이어 송급속도를 측정하였고, 고속 카메라를 이용하여 용접현상을 분석하였다. 본 연구를 통해 아크 발생 초기의 스패터를 최소화하는 공정을 도출할 수 있었다. 용접공정 변수인 아크 발생 초기의 와이어 송급속도, 와이어의 역송급 진행거리 그리고 역송급 판단 시점의 용접 전류 값은 실험을 통해 얻을 수 있었다. 또한, 이 연구를 통해 개발된 시스템의 성능을 평가하였다.

Laser forming is a promising technology in manufacturing, such as in the shipbuilding, automobile, microelectronics, aerospace and other manufacturing industries. This process forms the sheet metal by utilization of laser-induced thermal stresses. Laser forming process has been studied extensively for rectangular shape geometry. This basic study presents the change in deformation behavior of sheet metal during transition from linear to curved geometries and irradiations as well. A series of experiments have been conducted on a wide range of specimen geometries such as quarter-circular and half circular plate. The reasons for this behavior have been analyzed. Results are compared and analyzed by simulations using ABAQUS. Influence of developed stresses on the bending has been investigated. This study provides the more understanding of forming mechanism influenced by geometry effect.

우수한 용접부 품질 때문에 TIG를 이용한 오비탈 용접은 파이프 용접에 널리 사용되고 있다. 하지만 루트갭이 없고 루트페이스가 큰 맞대기 오비탈 용접의 위보기 및 경사상진자세에서는 오목한 이면비드가 형성되기 쉽지만, 이러한 문제를 극복하기 위한 연구는 희박한 실정이다. 본 연구에서는 위보기 및 경사상진자세에서 볼록한 이면비드의 형성을 연구하기위해서 용융지의 제어 방법을 적극적으로 검토하였다. 4mm 두께의 SS400 시편을 위보기 및 경사상진자세에서 각각 Bead-on-plate 용접하고, 이 때 비드성형기의 사용에 따른 비드 형상 변화를 관찰하였다. 텅스텐 전극과 비드 성형기간의 거리(Tip To Former Distance, 이하 TTFD)를 4.5mm에서 7.5mm로 1mm단위로 변경시켜 실험하였으며, TTFD가 증가할수록 위보기 및 경사상진자세에서 이면비드 높이가 감소하였으며 표면비드의 처짐이 증가하였다.

현재 조선소를 비롯하여 각종 산업 전반적으로 기존의 SCR 용접기를 대체하여 용접품질이 우수한 인버터 용접기가 널리 사용되고 있는 실정이다. 그러나 기존 인버터 용접기의 전원은 Mono 타입으로 이루어져 있어 대용량 인버터 용접기의 경우 대용량 스위칭 소자가 요구되어 제조원가가 높다. 그리고 문제 발생 시 용접기의 사용이 불가능하게 된다. 개발된 단위모듈을 병렬로 연결하여 대용량 용접기를 구성하게 되면 제조원가를 절감할 수 있으며 병렬로 연결되어 단위 모듈에 문제가 발생하여도 계속적인 사용이 가능하고, 주 회로를 작은 용량으로 분산시켜 전력을 제어하므로 높은 에너지 효율을 가지게 된다. 또한 인버터 용접기의 가장 중요한 성능인 스위칭 주파수에 있어서도 기존의 인버터 용접기는 20kHz의 스위칭 주파수를 가지지만 본 기술은 낮은 전력을 병렬로 연결하여 대용량을 동시에 제어가능 하므로 약 70kHz의 고속제어가 가능하다. 본 연구에서는 개발된 용량 170A단위모듈을 병렬로 연결하여 단위모듈 집적형 인버터 아크용접기 510A, 680A급의 부하테스트 실시 및 기본출력특성에 대하여 실험하였으며, GMAW에서 ${\Phi}1.6$ 솔리드 와이어를 이용하여 두께 20t의 후판 맞대기 용접에 적용실험을 실시하였다. 그 결과 모든 전류영역에서의 부하특성 및 출력특성이 양호하게 나타났으며, 후판 맞대기 용접에서는 SAW에 버금가는 생산성과 용접특성을 얻을 수 있었다.

종래의 위보기 자세에서 용접은 중력이 모재의 표면으로 향하고 있어 용융금속이 중력에 의해 표면방향으로 흘러내리게 되어 용접 실시가 불가능하였다. 이에 Shield Gas Force, Trailing Gas Force 그리고 Ahead Gas Force를 적절히 적용하여 Position Welding에서 중력으로 인해 Molten Metal이 처지는 문제를 극복하여 생산성 향상으로 연결할 수 있음을 선행 실험을 통해 확인하였으나 기존의 C(Convergent)형, CP(Convergent Divergent)형 및 P(Parrallel)형 가스 노즐은 용접조건에 따라 실드 가스의 소모량이 많고, 토출되는 실드가스력이 부족하여 용접시 볼록한 이면 비드 형성을 위한 용융 풀을 효과적으로 제어 할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 동일량의 실드 가스 공급시 가스 노즐을 통해 토출되는 실드가스의 소모를 줄이고 실드가스력을 극대화하여 저가의 고생산성을 가진 친 환경 용접기술(Green welding)에 부합하는 CDP(Convergent Divergent Parrallel)형 가스 노즐을 제작하여 기존의 CP형 가스 노즐과 비교 분석하였다. 또한 Overhead Position에서의 비드형상제어와 Flat Position에서 방풍효과를 비교해 보았다. 그 결과 CDP Nozzle은 CP Nozzle보다 동일한 유량에서 풍속은 3.5배, 냉각능력은 1.5배, 가스압력은 6.25배로 우수한 성능을 확인할 수 있었고, Overhead Position에서 가스 유량을 동일하게 하여 용접하였을 때 CP Nozzle의 경우 오목한 이면비드가 나타났지만 CDP Nozzle의 경우 볼록하게 양호한 이면비드 형상이 나타났고, Flat Position에서의 방풍효과 비교실험에서 CDP Nozzle에서는 깊고 균일한 용입을 CP Nozzle에서는 불안정한 용입이 나타났는데 이는 CDP Nozzle의 경우 풍속에 의한 Arc Blow가 적게 발생하여 상대적으로 더 나은 용입을 확인하였다.

TIG 용접은 고품질이고 용접인자의 제어가 쉽고 정확하다는 장점이 있지만, 얕은 용입과 낮은 생산성과 같은 단점이 있다. TIG 오비탈 용접에서는 용입의 한계 때문에 작은 루트면과 넓은 그루브를 가공하여 다층 용접을 하며, 루트패스에서는 파이프 진원도에 의한 핏업 시 단차의 문제가 자주 발생하여 많은 현장에서 루트갭을 만들어 수동 용접하는 실정이다. 따라서 생산성이 낮으며 생산 단가가 높고 용접 품질이 작업자에 따라 다르게 된다. 이러한 문제점을 해결하여 자동 오비탈 용접을 위해 단차를 흡수 할 수 있는 용접 공정 개발이 필요하다. 본 연구의 목적은 TIG 용접에서 단차에 따른 용접성을 검토하여 이를 맞대기 용접에 적용했을 때 균일한 이면비드를 얻는 공정을 개발하는 것이다. 따라서 본 연구는 아래보기 자세에서 단차에 따른 용입 특성을 이면비드 및 단면으로 비교 분석하였다. 단차 없이 아크길이만 1mm, 2mm, 3mm로 변경하여 실험한 결과 아크길이가 짧아질수록 표면비드 폭은 좁아졌고 이면비드 폭은 증가하는 경향을 나타내어 아크길이가 짧아질수록 용융효율이 증가하는 것을 확인하였다. 단차 1mm에서 아크길이 3mm를 제외하고 표면비드 및 이면비드가 미려하였다. 하지만 단차 2mm에서는 아크길이 1mm, 2mm, 3mm 전부 이면비드가 생성되지 않았다. 이는 단차로 인해 아크길이가 증가하여 용융효율이 낮아졌기 때문이라 판단된다. 이면비드가 생성되지 못한 시험편을 백 베벨링(0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm)하여 실험한 결과 단차 2mm, 아크길이 1-3mm 백 베벨링 2.0mm 적용한 시험편에서 양호한 이면비드를 얻을 수 있었다.

드라이브 샤프트는 일반적으로 엔진에서 발생된 회전력을 바퀴에 직접 전달하는 동시에 조향기능을 수행하는 자동차 부품이다. 최근에 경량화를 통한 에너지 절감을 위하여 기존 스틸소재를 알루미늄으로 대체하는 방안에 대한 연구가 집중되고 있다. 그러나 알루미늄 단일소재로 드라이브 샤프트를 제조하는 것은 비경제적이며 또한 기 개발된 자동차 부품들과의 연결을 고려하여 알루미늄 튜브와 스틸 요크의 이종금속 접합기술이 요구된다. 전자기 펄스용접은 전자기력을 이용하여 용접대상물을 고속으로 충돌시켜 용접하는 기술로서 열 발생이 적어 재료의 특성차로 인한 결함 및 변형이 발생하지 않아, 이종금속간 고품질 용접이 가능하며, 전자기 펄스 용접부의 품질과 밀접한 관계를 갖는 공정변수 경우 모재와 접합재의 재질 따라 적정 공정변수 범위가 변화되므로 공정에 따른 데이터의 축적은 대단히 중요하다. 전자기 펄스 용접을 이용한 이종금속 접합시 접합부 품질에 영향을 미치는 공정변수는 충전전압, 모재와 접합재 사이의 간격 및 접합재의 직경과 두께의 비(D/T비)로서 보고되었으며, Al/Steel 이종 금속 접합시 이들 공정변수가 접합부에 미치는 영향 및 최적의 공정변수 도출을 위한 연구는 시도되지 않았다. 따라서 본 연구는 전자기 펄스 용접기술을 이용한 Al/Steel 이종금속 접합 실험을 통하여 전자기 펄스용접의 적정성과 최적의 충전전압, 모재와 접합재 사이의 간격, D/T비를 도출하고자 한다. 전자기 펄스 용접 장치는 한국생산기술연구원과 웰메이트(주)에서 공동으로 개발한 $120{\mu}F$의 캐패시터 6개로 구성된 'W-MPW36'을 사용하였으며 이 장치의 최대충전전압과 최대접합용량은 각각 10kV, 36kJ이다. 접합재는 전기 전도율의 높은 Al 1070 파이프를 사용하였으며 모재는 기존 스틸 요크재인 SM45C 환봉을 사용하였다. 기보고된 연구를 통하여 코일과 접합재 사이의 간격이 좁을수록 높은 전자기력이 접합재에 작용하는 것을 확인하였으나 코일내 접합재와 모재 삽입 편의를 위하여 1mm로 설정하였다. 접합부의 품질 평가를 위하여 수압시험을 실시하였으며, 시험 후 접합부 단면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다.

최근 전세계적으로 유가 상승 및 배기가스 배출 저감과 관련된 각종 환경규제에 대응하기 위하여 선진 자동차회사들은 $CO_2$ 배출 저감 기술과 기존 내연기관 차량의 연비향상을 위해 엔진성능 개선, 구동시스템의 최적화, 차량 경량화, 공기저항 감소 등에 초점을 맞춰 차량의 연비향상과 배기가스 규제에 대응하고 있다. 특히, 자동차 중량의 30%를 차지하는 차체의 경량화는 엔진효율을 높여 자동차의 성능향상을 극대화시키고, 그로 인해 연비향상을 도모할 수 있으므로 환경오염 방지와 연료절감에 가장 적합하고 효과적인 방법이다. 이에 기존의 강재에 비해 비중이 낮으면서 유사한 강도와 내식성이 뛰어난 알루미늄 합금의 차체 적용에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 자동차 Door에 알루미늄 합금(Al 5052)의 적용 가능성을 판단하기 위해 반응표면분석법(Response surface methodology)을 이용하여 저입열 Pulse MIG 용접 공정변수를 최적화하였다. 첫째, 저입열 Pulse MIG 용접에서 용접 공정 변수(용접전압, 용접속도, Gap)의 변화가 비드 형상에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 요인분석법을 이용하여 용접 공정 변수와 비드 형상 변수와의 주효과와 교호작용효과를 분석하였고, 이를 통해 비드 형상 변수에 영향을 크게 미치는 용접 공정변수를 선별하여 다중회귀분석을 통해 용접 공정 변수 변화에 따른 비드형상 예측 회귀모델을 제안하였다. 둘째, 자동차 Door 생산 현장에서 박판 알루미늄 합금 겹치기 용접 이음부의 0~1 mm 갭 발생에 대해 강건한 용접조건을 제시하기 위해 반응표면법(Response surface methodology)을 이용하여 저입열 Pulse MIG 용접 공정 변수를 최적화하였고, 그 적용 가능성을 확인하였다.

On this research, laser welding technology for manufacturing automobile body is studied. Laser welding technology is one of the important technologies used in the manufacturing of lighter, safer automotive bodies at a high level of productivity; the leading automotive manufacturers have replaced spot welding with laser welding in the process of car body assembly. Korean auto manufacturers are developing and applying the laser welding technology using a high output power Nd:YAG laser and a 6-axes industrial robot. On the other hand, the robot-based remote laser welding system was equipped with a long focal laser scanner system in robotic end effect. Laser system, robot system, and scanner system are used for realizing the high speed laser welding system. The remote laser welding system and industrial robotic system are used to consist of robot-based remote laser welding system. The robot-based remote laser welding system is flexible and able to improve laser welding speed compared with traditional welding as spot welding and laser welding. The robot-based remote laser systems used in this study were Trumpf's 4kW Nd:YAG laser (HL4006D) and IPG's 1.6kW Fiber laser (YLR-1600), while the robot systems were of ABB's IRB6400R (payload:120kg) and Hyundai Heavy Industry's HX130-02 (payload:130kg). In addition, a study of quality evaluation and monitoring technology for the remote laser welding was conducted. The welding joints of steel plate and steel plate coated with zinc were butt and lapped joints. The quality testing of the laser welding was conducted by observing the shape of the beads on the plate and the cross-section of the welded parts, analyzing the results of mechanical tension test, and monitoring the plasma intensity and temperature by using UV and IR detectors. Over the past years, Trumf's 4kW Nd:YAG laser and ABB's IRB6400R robot system was used. Nowadays, the new laser source, robot and laser scanner system are used to increase the processing speed and to improve the efficiency of processes. This paper proposes the robot-based remote laser welding system as a means of resolving the limited welding speed and accuracy of conventional laser welding systems.

GTA 용접에서 용입, 용접부의 크기와 형상이 형성되는 아크 물리학적 현상을 이해함에 있어서 에너지 분포특성은 매우 중요한 인자이다. GTA 용접에서 아크 길이의 변화와 사용된 실드 가스 종류에 따라 음극인 텅스텐 전극 팁의 아크 루트 직경에 큰 변화를 주며, 양극인 모재 쪽의 에너지 분포에 영향을 미치며 된다. 기존의 연구자들은 저전류나 중전류 영역의 GTA 용접에서 텅스텐 전극의 선단각과 용입 형태와 의 관계를 plasma 기류 등에 의해 고찰하거나, 최대 아크압력에 미치는 전극형상의 영향에 대하여 연구하였다. 용접부에 작용하는 아크 압력의 분포는 결국 운동 에너지의 분포이다. 기존의 연구자들에 비하여 보다 간편한 실험을 통하여 양극 모재위의 아크 압력에 의한 에너지 분포특성을 규명하는 연구가 필요하다. 본 연구의 목적은 GTA 용접의 용접전류 100A~200A 영역에서 아크 길이 변화와 Ar 가스에 $H_2$ 혼합에 따른 측정된 아크 압력으로부터 기존연구자들의 아크 물리학적 결과들을 활용하여 양극 모재 위에 작용하는 전류밀도 분포를 유도하는 것이다. GTA 용접에서 아크 길이의 변화와 Ar 가스에 $H_2$ 혼합은 아크 압력분포에 큰 영향을 미치며, 이에 따라 에너지 분포특성에 많은 영향을 미친다. 아크 길이가 증가함에 따라 Ar가스와 $H_2$ 혼합가스의 에너지 분포는 감소하였고, Ar가스에 $H_2$ 혼합에 의해 아크 에너지가 증가하여 용입형상에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. 이에 대한 연구는 향후 GTA 용접 응용분야 확대 적용될 것이며, 아크 물리학 연구에 기초적이고 아주 중요한 과학적인 자료가 될 것으로 판단된다.

최근 전세계적으로 유가상승 및 환경에 대한 관심이 증대되면서 자동차 업계에서는 차량 경량화를 통한 연비향상에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 기술개발 사례로서 초경량 철강 차체의 개발을 들 수 있다. 이는 고장력강을 적용함으로써 강성을 증대시킴과 동시에 두께감소에 의한 경량화를 이루고자 추진되고 있다. 하지만 고장력강은 자체의 높은 강성을 지니고 있는 반면, 일반 강종에 비해서 스프링백이 크고 용접성도 많이 떨어지는 제약을 안고 있다. 아크 용접법 중 하나인 AC pulse MIG 용접은 DCEP (direct current electrode positive) 와 DCEN (direct current electrode positive) 구간이 주기적으로 반복하는 용접법으로 스패터 발생이 거의 없으며 특히 갭 접합성이 우수하여 자동차 차체 조립공정에 적용되고 있다. 본 연구에서는 자동차 차체용 AHSS 소재의 겹치기 용접 실험을 통해 실제 생산라인에서 용접 이음부에 발생되는 갭에 대해 강건한 용접 공정 조건을 제시하였다. 먼저 고속카메라 촬영을 통해 AC pulse MIG 용접에서 EN ratio 변화에 따른 와이어 용융현상을 분석 하였으며 단면마크로, 인장시험, 인장 파단면 분석을 통해 겹치기 용접에서 0~2mm 사이의 갭 발생에 강건한 용접 조선을 제시하였다.

Electric Resistance Welding (ERW) process is the most efficient process to manufacture the linepipe. To develop the high performance ERW linepipe using the high strength and the high alloy steels, the modulation of input power waveform such as sinusoidal waveform is introduced because the conventional ERW technology is not sufficient enough to produce the high quality linepipe due to its strength and high alloy contents (high Ceq). In this article, the material used for the experiment was API X60 with 8.2mm thickness, and ERW simulator at POSCO was used to develop a waveform control system for the power modulation. The frequency of power modulation was varied from 50Hz to 150Hz with the fixed amplitude of ${\pm}2%$ power. The non-modulated power input and the modulated power input cases are conducted to demonstrate the variation of the narrow gap length and the arcing frequency due to power modulation. From results of the non-modulated power input case, the excessive power causes the longer narrow gap length and the low arcing frequency due to the large heat input and the strong electro magnetic force that increase the weld defect. On the contrary, the small narrow gap length and the high arcing frequency reduce the weld defect. After modulating the power input with 50Hz and 100Hz at the fixed power, the arcing frequency increases, but the narrow gap length does not change much. The high arcing frequency prevents the formation of weld defect because the sweeping frequently cleans the oxides on the narrow gap edges. As a result, the manufacturing window can be expanded by the power modulation that provides the stable ERW process for the quality improvement of the linepipe made from the high strength/high alloy steels.

This study is to develop the resistance welding apparatus and investigate the welding characteristics of Zircaloy-4 end-plate of fuel bundle in the cases of the resistance welding and the laser beam welding. The welding parameters which affect the weld nugget and the torque values have been also compared. The effect of the torque strength of end-plate welding using by the resistance welding and the laser beam welding has been studied and optimum conditions of Zircaloy-4 end-plate welding have been found. Futhermore, micro-structures and micro-hardness of the resistance welded specimens have been also compared.

Due to their high corrosion resistance and improved mechanical properties super-duplex stainless steel (SDSS) are extensively used in petrochemical plants such as facilities in modern oil platform and off-shore process equipment. It is well known that the best mechanical and corrosion resistance properties of super-duplex stainless steel are obtained with a microstructure having approximately equal amounts of austenite and ferrite. And it is also known that sigma($\sigma$), chi($\chi$), secondary austenite(${\gamma}2$), chromium carbides and nitride affected adversely their properties. Therefore these phases must be avoided. However, effects of succeeding weld thermal cycle on the change of microstructure of weldment at multi-pass weld were not seldom experimentally researched. Therefore in the present work, the change of weldmetal microstructure and the effect of microstructure on pitting corrosion property at $40^{\circ}C$ by succeeding each weld thermal cycle were researched. The thermal history of root side was measured experimentally and the change of microstructure of root weld according to thermal cycle of each weld layer was evaluated. And the relationship between microstructure of root weld and pitting corrosion property at $40^{\circ}C$ was also investigated. Results of the present work are show as below. 1. The ferrite contents of root weld are gradually reduced by succeeding weld thermal cycle. 2. The 2nd phases such as sigma($\sigma$), chi($\chi$), secondary austenite(${\gamma}2$), chromium carbides and nitride are increased gradually by succeeding weld thermal cycle. 3. The pitting corrosion was detected in root weld part and weight loss by pitting corrosion is increased in proportional to the time exposed over $600^{\circ}C$ of the root weld. 4. The succeeding weld thermal cycles affect the microstructure of the former weldments and promote the formation of 2nd phases. That is, the more succeeding welds are added, the more 2nd phases are gradually increased. Consequently, it is thougth that this adversely affects pitting corrosion property.

36 percent nickel-iron alloy possesses a useful combination of low thermal expansion, moderately high strength and good toughness at temperatures down to that of liquid helium, $-269^{\circ}C$. These propeties coupled with good weldability and desirable physical properties make this alloy attractive for many cryogenic applications such as the cargo containment system in Liquefied Natural Gas carriers and pipes for low temperature. Generally, welding method of the 36% nickel-iron is applied with the manual and autogeneous GTAW. Lately white spots have been observed on the some autogeneous GTA welds of them. But the white spot formation have not been studied yet. This paper covers the analysis results of the white spots formation as changing welding variables.

고강도강의 용접성은 저온균열 저항성으로 대변되는데, TMCP강과 HSLA강 등이 개발되면서 고강도강의 저온균열저항성이 크게 향상되어 무예열 용접성이 확보되었다. 그러나 용접재료 측면에서는 그에 상응하는 재료의 개발이 지연되어 용착금속부에서의 저온균열이 심각한 문제로 대두되고 있는 실정이다. 이러한 문제는 800 MPa급인 HY-100강재를 HSLA-100강으로 대체하는 과정에서 현실적인 문제로 제기 되었다. 즉 HSLA강은 용접 예열이 필요치 않았으나 기존의 용접재료, 즉 HY-100 강재에 사용하던 용접재료를 사용하게 되면 용착금속부에서 저온균열이 발생하여 용접예열을 생략할 수 없다는 판단에 이르게 되었던 것이다. 이에 본 연구의 목적은 HSLA-100강을 무예열 용접할 수 있는 GMA 용접와이어 개발하는 것이며, 구체적인 개발 목표는 무예열 용접조건에서 800 MPa 이상의 인장강도를 가지며 $-50^{\circ}C$에서의 충격인성이 50 J 이상인 GMA 용접와이어 개발하는 것이다. 이러한 용접재료를 합금설계함에 있어 무예열 용접성을 확보하기 위하여 용접재료의 탄소함량을 0.01% 수준으로 하고, 용착금속의 인장강도와 저온 충격치에 미치는 Mn과 Mo 함량의 영향을 검토하고 각각의 조성을 실험계획법으로 확정하였다. 그리고 확산성수소량에 따른 저온균열 발생 여부를 확인하여 무예열용접성을 확보하기 위해서는 확산성수소량이 3ml/100g 이하가 되어야 한다는 사실을 실험적으로 확인하였다. 그리고 이를 달성하기 위해서는 원자재인 와이어로드의 표면 품질이 중요하다는 사실도 확인할 수 있었다. 다음으로는 실험계획법에 의거하여 선정된 합금조성의 신뢰성을 검증하기 위하여 800kg 중량의 시제품을 생산하였으며, 생산된 시제품에 대해서는 실험계획법에서 사용한 Ar+5%CO2외에도 Ar+20%CO2를 적용하여 보호가스의 영향을 검토하였다. 검토 과정에서 Ar+20%CO2용으로 사용하기 위해서는 용접재료의 Si 및 Mn 함량이 상향조정되어야 함을 확인할 수 있었다. 그리고 탄소함량을 0.05% 수준으로 증가시키면 Mo 함량을 크게 저하시킬 수 있음도 확인할 수 있었다. 이러한 과정을 거쳐 개발된 GMA 용접재료는 무예열 용접조건에서 저온균열이 발생하지 않았으며, 인장강도는 830 MPa이었으며 $-50^{\circ}C$에서의 충격치는 90 J 이상이었다.

The Cu-bearing PFS-700 steel which has yield strength over 700 MPa was developed to replace the existing submarine structural material, HY-100. PFS-700 steel has good combination of mechanical properties and superior weldability which can be welded without pre-heating before welding. Application PFS-700 steel to submarine or battle ship will give a great reduction of cost by removing or lowing pre-heating. To develop pre-heat free welding consumables that matches and take advantage of PFS-700 steel, new welding consumables have been designed for the GMAW, SAW processes and explosion bulge test(EBT) were conducted to see the reliability of welded structure. All welding was conducted without pre-heating before welding, the inter-pass temperatures were below $50^{\circ}C$ for SAW50 and $150^{\circ}C$ for GMAW and SAW150. All EBT specimens show over 14% reduction of thickness without through-thickness crack or propagation of crack to the hole-down area. Tensile properties for all welding conditions show higher(GMAW) or similar values(SAW50, SAW150) to the base metal. Charpy impact values for the weld metal also show 163.5J(GMAW), 95.4J(SAW50) and 69.0J(SAW150), which meet the goal, 50J, of this project.

To evaluate the applicability of dissimilar joining between Mg and Al alloys in automobile manufacturing process, solid state joining processes such as magnetic pulse welding(MPW), friction stir welding(FSW) and friction spot joining(FSJ) were attempted successfully. MPW process has been concentrated mainly on round section tube to tube and tube to bar welds. AZ31 Mg alloy has been successfully welded to pure Al A1070 as well as to Al alloy A3003. While, for friction stir welding of dissimilar sheet joints, AZ31B/A6061 with the thickness of 2mm were used and a square butt joint with a good quality was obtained at the conditions of 0.8mm/sec of travel speed and tool rotation speed of 850rpm. The maximum tensile strength of 179 MPa, which was about 80 % of the Mg base metal tensile strength, has been obtained. Finally, friction spot joining was attempted to make a dissimilar lap joint between AZ31(0.8mm) and A6061(1mm), while the joint exhibited the same level of tensile shear strength as that of similar Mg joint.

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.

단련용 다결정 Ni기 초내열합금은 우수한 가공성, 내산화성, 고온특성 등으로 가스터빈 연소기, 디스크, 증기발생기 전열관 등 발전용 고온부품 소재에 널리 적용되고 있다. 최근 발전설비의 고효율화를 꾀하기 위해 작동 온도를 현격히 증가시키는 기술방향으로 발전하고 있고, 소재측면에서는 기존의 초내열합금 대비 고기능성을 확보할 수 있는 차세대 Ni기 초내열합금 개발이 유럽, 미국, 일본, 중국 등을 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 이러한 소재의 고온강도 (온도수용성)를 향상시키기 위해서는 통상 규칙격자 금속간화합물인 $Ni_3(Al,Ti)-{\gamma}'$상의 분율을 증가시킬 수 있지만, ${\gamma}'$상분율이 증가할 경우 용접 및 후열처리 동안 용접열영향부 (HAZ)에서 액화균열이 발생할 가능성이 높아진다. 결정립계를 따라 발생하는 HAZ 액화균열은 입계특성에 의해 크게 영향을 받을 것으로 판단된다. 한편, 본 연구자들은 최근 입계 serration 현상을 단련용 합금에 도입시키는 특별한 열처리를 이론적 접근법을 통해 개발하였다. 형성된 파형입계는 결정학적인 관점에서 조밀 {111} 입계면을 갖도록 분해 (dissociation)되어 낮은 계면에너지를 갖게 됨을 확인하였으며, 입계형상 변화뿐만 아니라 탄화물 특성변화까지 유도하여 크리프 수명을 기존대비 약 40% 정도 향상시킴을 확인하였다. 이러한 직선형 입계 대비 'special boundary'로 간주되는 파형입계가 도입될 경우, HAZ 결정립크기 변화 및 액화거동에 미치는 영향을 고찰하고, 아울러 입계특성 제어가 용접성/용접부 품질 향상에 기여할 수 있는 가능성도 토의하고자 하였다. 본 연구에서는 재현 HAZ 열사이클 시험을 통해 미세구조를 정량적으로 비교하였다. 상대적으로 입계구조가 안정된 파형입계의 이동속도가 高계면 에너지를 갖는 직선형 입계보다 느려 HAZ 결정립 성장이 효과적으로 억제됨을 확인할 수 있었다. 입계 액화거동을 살펴보면, 두 시편 모두 $M_{23}C_6$, MC 등 입계탄화물 계면이 빠른 승온중 액화반응 (constitutional liquation)에 의해 입계가 액화되었으며, 이후 급냉에 의해 입계에 액상막이 존재한 흔적이 발견되었다. 최고온도별로 입계액화 폭/비율을 정량적으로 비교한 결과, 파형입계가 직선입계 대비 대체로 낮음을 확인할 수 있었으며, 때때로 액화되지 않고 잔존하는 입계 탄화물이 관찰되었다. 재현 HAZ 미세조직을 통해 Hot ductility 시험 결과를 유추하자면, 파형입계가 직선입계 보다 좁은 취성온도영역 (Brittle Temperature Range)을 나타낼 것으로 예상되어, 입계특성제어에 의해 Ni기 초내열합금의 용접성을 향상 가능성을 확인하였다.

While the pinch instability theory (PIT) has been widely employed to analyze the spray transfer mode in the gas metal arc welding (GMAW), it cannot predict the detaching drop size accurately. The PIT is modified in this work to increase the accuracy of prediction and to simulate the molten tip geometry to be more physically acceptable. Since the molten tip becomes a cone shape in the spray mode, the effective wire diameter is formulated that the effective diameter is inversely proportional to current square. Modifications are also made to consider the finite length of the liquid column and current leakage through the arc. While the effective diameter influences drop transfer significantly, the current leakage has negligible effects. The effects of modifications on drop transfer are analyzed, and the predicted drop diameters show good agreements with the experimental data of the steel wire.

원가 측면에서 유리한 저항점용접(Resistance Spot Welding)이 차체 용접에 80%이상으로 가장 많이 적용되고 있다. 첨단고강도강(Advanced High Strength Steel)의 저항점용접성 및 용접부 특성에 미치는 공정 변수의 영향에 대한 연구결과는 많으나, 합금원소의 영향에 대해서는 전무하다. 특히, Si는 DP(Dual Phase)강에 첨가 시 균일한 마르텐사이트의 분포를 촉진하는 원소로 저항 점용접성 및 용접부 특성에 영향을 미칠 것으로 예상되며, 이에 대한 연구는 보고된바 없다. 본 연구에서는 냉연 DP강의 저항 점용접시 중요한 인자 중 하나인 너깃경과 전단인장강도에 미치는 Si함유량의 영향을 검토하였다. 사용된 강재 및 용접기는 1.2mm 두께의 Si함유량(0, 0.5, 1.0, 1.5wt%)이 다른 인장강도 780~1000MPa급 냉연 DP강과 단상 AC용접기를 사용하였다. 용접조건은 ISO 18278-2규격에 따라 가압력 4kA, 초기가압시간 40cycle, 유지시간 17cycle로 고정하고, 용접전류만 변화하여 용접을 실시하였다. 너깃경은 용접부 단면을 컷팅 후 폴리싱 하여, 광학현미경과 Image Pro plus를 이용하여 측정했으며, 인장시편규격은 JIS Z 3137를 이용하였다. Si함유량이 증가에 따라 스패터 발생 전류는 감소했고, 너깃경은 직선적으로 증가했다. Si함유량 증가에 따른 너깃경 증가 이유는 저항(R) 측정결과, Si함유량 증가에 따라 모재의 저항이 높아져, 따라서 입열량($Q=I^2Rt$)이 많아지기 때문으로 판단되었다. 인정전단강도는 Si함유량 증가에 따라 직선적으로 증가했다. 이러한 이유는 Si함유량 증가에 따라 너깃경이 증가되기 때문으로 판단되었고, 너깃경과 인장전단강도 사이에 직선적 관계(PL(kN)=$3.2N_{dia.}$-0.81, $R^2$=0.93)를 가지고 있었다. 파단양상은 Si함유량에 상관없이 5.4kA이하에서는 계면파단이 일어났고, 6.0kA이상에서는 풀 아웃 파단이 일어났다. 계면파단주원인은 용접부 가장자리에 지름이 약 $5{\mu}m$이하의 예리한 노치가 존재하여 노치응력집중과 HAZ계면 근처에 미접합부가 존재하기 때문으로 판단되었다. 6.0kA이상에서는 예리한 노치가 없었고, HAZ부가 완전히 접합되어 있기 때문에 풀 아웃 파단이 일어난 것으로 판단되었다. 따라서, Si함유량 증가에 따라 적정용접전류 구간은 감소했고, 너깃경은 직선적으로 증가했다. 또한, Si함유량 증가에 따라 인장전간강도는 증가 했으며, 너깃경과 인장전단강도 사이에 직선적 관계를 가지고 있었다. 파단 양상은 Si함유량에 상관없이 5.2kA이하에서는 계면파단이, 6.0kA이상에서는 풀 아웃 파단이 일어났다.

과거 고강도강 용접부에서 발생하는 저온균열은 주로 용접열영향부에서 발생하였는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 강재 메이커들은 고강도강의 용접성을 향상시키고자 노력하였다. 이러한 노력의 결과로 TMCP, HSLA 강 등이 개발되었고 이들 강재는 예열온도를 저하시킬 수 있다는 장점 때문에 보편화되어 사용되었다. 이러한 강재는 모재 예열온도를 기준으로 적용하게 되면 용착금속에서 저온균열이 발생하는 경우가 있다. 따라서 이제는 용접재료의 용접성, 즉 용접재료의 저온균열 저항성을 평가 할 수 있는 기법이 요구된다. 본 연구의 목적은 용착금속의 저온균열 저항성을 평가하는 것인데, 저온균열 저항성은 용착금속의 미세조직에 따라 다르게 나타날 수 있다. 용착금속의 합금조성은 기본적으로 용착금속에 요구되는 최저 강도와 충격인성을 만족할 수 있도록 설계한다. 하지만 유사한 강도의 유사한 합금조성이더라도 일부 합금 성분에 의해 용착금속의 미세조직들은 상이하게 나타날 수 있는데, 미세조직 특성에 의하여 용착금속의 강도와 저온인성이 결정된다. 용착금속의 저온균열 저항성을 평가하기위하여 Gapped Bead-on-Groove(G-BOG) 시험에 사용된 모재는 50mm 두께의 mild steel을 사용하였으며, 모재의 희석을 방지하기위해 15mm 깊이로 V-groove 가공 후 buttering 용접 하였다. 용접된 시편은 다시 5mm 깊이로 V-groove로 2차 가공 후 Ar + 20% $Co_2$ gas를 사용하여 용접하였다. 용접재료는 ER-100S-G grade로 비슷한 합금조성을 갖는 2 종류를 사용하였다. A용접재료는 Ti 이 0.1% 함유 되었으며, B용접재료는 Ti 함유되지 않은 것을 사용하였다. 또한 예열 온도에 따라 저온균열 감수성을 평가하기위하여 모재의 예열온도를 각각 상온, $50^{\circ}C,\;75^{\circ}C,\;100^{\circ}C$로 하여 실험을 진행하였다. 용착금속의 미세조직을 확인해본 결과 Ti 함유된 A 용착금속 미세조직은 대부분 침상형페라이트로 나타났으며, Ti 함유되지 않은 B 용착금속 미세조직은 대부분 베이나이트로 나타났다. G-BOG 시험 결과 Ti 함유된 A 시편이 Ti 함유되지 않은 B 시편보다 저온균열 발생량이 적었다. 이는 용착금속의 미세조직분포 및 특성에 따라 저온균열감수성이 다르다는 것을 나타낸다.

용착금속의 미세조직은 크게 Acicular ferrite(AF), Ferrite with aligned second phase(FS), Primary ferrite(=Grain boundary Ferrite) 등으로 나눌 수 있다. 이 중 침상형 페라이트(AF)는 인성과 강도를 동시에 증가시킬 수 있으므로 이를 다량 확보하는 것이 용접산업의 관건이다. 본 연구에서는 침상형 페라이트 발생에 기여한다고 알려진 Ti 함량을 용착금속에서 단계적으로 조절하여 나타나는 미세조직과 특성변화를 관찰하였다. 모재는 HSB-600을 사용하였으며 용접재료는 ER100S-G급의 Ti가 함유되어 있는 것(A)과 미함유된 것(B)을 사용하였다. 모재 성분의 희석을 방지하기 위해 V-Groove 가공 후 Buttering 용접을 실시하였다. 중앙에 가공된 V-그루브에 이들 재료를 적절히 조합하고 용접(입열량 20kJ/cm)하여 Ti함유량을 총 4가지(0.002~0.025% Ti)로 제어하였다. 용접 후 각각의 시편에 대해 미세조직, 충격시험, O/N분석, 성분분석 등의 시험을 진행하였다. 미세조직 관찰결과 Ti함량이 증가할수록 AF는 증가하고 FS는 감소함을 확인할 수 있었으며 충격시험결과 Ti가 많이 함유된 시편일수록 더 낮은 연성취성 천이온도(DBTT)를 나타내었다. EDS와 SEM으로 관찰한 결과 Ti함량 증가에 따라 비금속개재물의 크기는 작아지고 밀도는 높아지는 것을 확인할 수 있었으며 개재물 내에서의 Ti함량도 더 많아지는 것을 확인 할 수 있었다.

Conventionally in pulsed gas metal arc welding (GMAW-P), drop transfer is analyzed with simplest square pulse waveform. While the pulse current is described by four parameters (peak current magnitude and time plus base current magnitude and time), it deviates the real pulse shape. Real pulse can be better idealized by the trapezoidal pulse waveform described by two additional parameters, i.e., current rise and fall rate (dI/dt). Power source response rate is described by these parameters. In this work, the effect of these parameters on drop transfer is predicted by the force displacement model (FDM). While peak current has significant effects on drop detachment, drop transfer is also influenced by the current rise rate. Predictions indicate that the current rise rate can have considerable effects on the size of the detached drop if other pulse parameters are kept constant. FDM is applied to determine peak time for one drop one pulse condition (ODOP) when rests of the pulse parameters are given. The predicted range of ODOP shows good agreement with experimental data.

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 최근 무공해 연료로 각광받고 있는 액화천연가스 (LNG)의 수요가 급증함에 따라 LNG 저장탱크 소재로 널리 사용되고 있는 9% Ni강의 수요 또한 증가하고 있는 상황이다. 하지만 9% Ni 강은 극저온용 소재로 용접부의 저온인성 ($-196^{\circ}C$)이 가장 중요하기 때문에 저온인성을 확보하고자 Inconel 계나 Hastelloy계 등의 니켈 기 합금을 용접재료로 사용하고 있으나 이러한 용접재료는 가격이 매우 고가이며 또한 용접 후 용접부의 강도가 낮다는 문제가 제기되고 있다. 또한 LNG 탱크 제작시 사용되는 용접법은 GTAW, SAW 및 SMAW 이지만 국내에서는 주로 SMAW에 의존하고 있는 실정인 관계로 보다 더 경제적인 용접 프로세스의 적용 가능성이 검토되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 4mm의 9% Ni 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전 속도 및 접합 속도를 고정한 상태에서 접합을 실시 하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$로 제작된 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도, 인장 강도 및 저은 충격 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

본 연구에서는 차체 부품의 경량소재 대체에 따른 Panel Assembly Rear Seat Back 부품 제작에 최신 저입열 미그용접공정을 적용한 TWB(Tailor Welded Blank) 공정기술을 확보하기 위해 최적 용접조건 도출에 관한 연구를 진행하였다. 용접 후 성형이 이뤄지는 제조공정의 특성 상 성형강도에 중점을 둔 실험을 진행하였으며, 이를 위해 각 와이어에 따른 용접부의 기계/금속학적 특성이 평가되었다. 대상 시편은 6천계열 열처리형 합금이며, 두께는 각각 1.6t, 1.4t로 이를 맞대기 용접 후 그 특성을 평가하였다. 용접은 저입열 GMA용접 공법 중 하나인 CMT 용접법(Cold Metal Transfer)을 사용하였으며, 평가 대상 와이어로는 4043, 4047, 5183 및 5356이 사용되었다. 특성평가는 마크로 및 마이크로 조직, 경도, 인장강도, 기공 및 결함, 성형강도 등에 대해 이뤄졌으며, 희석된 와이어의 조성이 용접부 특성에 미치는 영향에 대해서도 검토되었다. 실험 결과, 5천계열 와이어가 성형강도에 비교적 더 강인한 결과를 나타냈으며 성형강도는 용접조건 및 초기 갭에 대한 영향은 받았으나, 비드형상과 강도간의 연관성은 찾을 수 없었다. 이에 따라 TWB 적용을 위한 와이어로는 5356이 가장 우수한 것으로 판명되었다.

In order to understand the properties of high heat input welds made by electro gas welding, two kinds of low temperature steel were welded. Welding heat inputs were controlled by width of root gap and ranged from 118 to 143kJ/cm. Chemical composition and micro-structural analysis were performed. To understand low temperature impact properties, Charpy impact test was conducted at several temperatures. The results were summarized as follows; 1) Grain size of weld metal and heat affected zone was increased with an increase in welding heat input. 2) Impact test values at fusion line were severely fluctuated regardless of base metals, showing enormous difference among the values at the same test temperature.

FGB(Flexible Glasswool Backing) Submerged Arc Welding has been one of the main welding processes for one side butt welding in shipbuilding industries, which can efficiently improve the welding productivity by the addition of a supplementary filler metal into the molten weld pool. As recent ships have become larger in size, the application of high tensile and higher grade of steels has been continuously increased. Single pass FGB SA welding process accompanies such a high heat input when welding thick plates that the mechanical properties of weld metal can be dramatically degraded. This study has been performed in order to obtain high toughness and tensile properties of high heat input FGB SA welds, and to evaluate the effect of alloy elements on their mechanical properties. To complete welding 25mm-thick EH36 grade steel plate by single pass, 1.2mm diameter and 1.0mm long cut wires has been distributed in the groove before welding, and three different test coupons have been made using C-1.5%Mn, C-1.8%Mn-0.5%Mo, and C-1.4%Mn-1.7%Ni cut wires to investigate the influence of nickel(Ni) and molybdenum(Mo) on the mechanical properties of welds. Test results showed that the addition of Ni and Mo effectively promotes the formation of Acicular Ferrite(AF), while significantly reducing the amount of Grain Boundary Ferrite(GBF) in weld metal microstructures, which resulted in a beneficial effect on low temperature impact toughness and strength.

AISI 316L 스테인리스강에 새롭게 디자인한 서로 다른 3가지 응고모드를 가진 와이어로 FCAW(Flux Cored Arc Welding)을 하였다. 각각의 3가지 와이어는 Pseudobinary phase diagram에 따라 AF, FA, F모드를 가졌다. 미세조직은 $Cr_{eq}/Ni_{eq}$이 증가할수록 델타 페라이트 함량이 증가하였으며, 초정 상의 경우 초정 오스테나이트에서 초정 페라이트로 변태하였고, 연성저하균열의 민감도가 감소하였다. 연성저하균열은 이동결정립계의 형상에 따라 좌우되며, 미량의 페라이트를 함유한 오스테나이트에서는 페라이트가 핀(Pin) 역할을 제대로 하지 못하여 직선형태의 이동 결정립계 따라 입계 미끄러짐의 메커니즘을 통해 전파되었으며, 곡선형태의 이동 결정립계에서는 델타 페라이트가 핀 역할을 하여 역할을 하여 구속 상태에서 응력집중을 막고 응력을 분산시켜 균열이 전파되는 것을 방해하여 균열이 발생되지 않았다.

산업의 고도화에 따른 구조물의 사용 환경이 열악해지고 최근 에너지저감과 환경문제 개선을 위한 경화의 요구에 따라 뛰어난 내식성 및 우수한 고비강도 특성을 갖고 있는 타이타늄 및 타이타늄합금의 활용에 대한 연구가 많은 주목을 받고 있다. 이에 따라 타이타늄 신합금의 개발뿐만 아니라 기존에 개발되어 비교적 보편적으로 적용되고 있는 타이타늄 부품의 제조 및 성형기술에 대한 수요도 급증하고 있다. 특히, 기기 및 부품 제조를 위한 용접/접합기술도 매우 중요한 요소기술로 자리메김하고 있다. 타이타늄은 산소, 수소 등의 침입형 원소와의 친화력이 강한 활성이 큰 금속으로 용접시 고온에 노출되면 급격히 산화 및 취화 등의 문제를 발생한다. 따라서 타이타늄의 용접시에는 $426^{\circ}C$이상의 온도에서는 대기로부터 용접부가 차단되도록 하는 쉴딩기술이 매우 중요하다. 타이타늄의 용접은 일반적으로 아크용접, 전자빔 용접, 레이저 용접 및 확산접합 등이 적용되고 있으나 용접입열 조정이 용이하고 아크 안정성이 높고 용접부의 기계적 특성이 우수한 GTA 용접이 작업성을 고려하여 가장 많이 적용되고 있다. 본 연구에서는 미국용접학회(AWS)의 타이타늄 용접가이드를 분석 및 소개하였고, 1t 이하의 박판 CP Ti를 대상으로 GTAW 용접부 미세조직 및 기계적 특성을 분석하였다. 이때, 용접 비드폭 제어 및 펄스 용접기술을 통하여 박판 타이타늄의 최적 GTAW 공정변수 제어기술을 분석하였다.

선박의 선체부분인 선수, 선미 등을 이루고 있는 곡형 외판의 제작은 강판을 원하는 형상으로 성형하기 위하여 벤딩롤러 및 유압프레스를 이용한 냉간가공과 산소-프로판가스 화염을 적용한 선상가열, 삼각가열을 이용한 열간가공으로 크게 구분할 수 있다. 선상가열을 이용한 곡면가공의 원리는 가열토치를 이용하여 강판을 가열하면 가열부는 팽창하게 되고 냉각시에는 수축하게 된다. 이 때 두께방향으로의 소성변형으로 인한 수축량의 차이로 인해 굽혀지게 된다. 최근에는 선박이 고기능 및 대형화로 인해 3차원 곡형 외판 형상이 복잡해지고, 강도를 향상시키기 위하여 합금원소(C, Nb, V, Ti)를 첨가하거나 열처리(노말라이징)를 이용한 고장력강재인 중후판의 적용이 증가하고 있다. 이러한 고강도강재를 선상가열공정으로 제작한 곡형 외판재는 가열, 냉각의 열사이클로 인해 취화되어 인성이 저하 될 수 있다. 본 연구에서는 Normalizing 열처리재인 490MPa급 강재를 이용하여, 현장에서 작업자의 미숙련으로 인해 발생 할 수 있는 최대의 가혹한 조건과 재질에 큰 영향을 미치지 않는 범위를 선정하여 선상가열시의 가열, 냉각조건에 따른 강재의 재질특성을 조사하고자 한다. 이를 위해 가열시 가열부위의 정확한 온도 측정에 역점을 두었으며, 각각 다른 선상가열 조건에 따른 시편을 제작하기 위하여 선상가열 실험장치를 제작하였다. 선상가열 실험 결과 최고가열온도 $1300^{\circ}C,\;950^{\circ}C$에서 수냉 조건인 경우 급격한 인성저하 현상이 발생하며 비록 공냉이라 하더라도 결정립 조대화로 인성 저하가 발생하였다. $800^{\circ}C$가열 후 수냉개시온도를 $700^{\circ}C$이하로 수냉한 경우에는 인성 저하 현상이 개선되고 있음을 알 수 있다.

The influences of B and Si in the filler metals on microstructure and isothermal solidification during transient liquid-phase (TLP) bonding of a nitrogen-containing duplex stainless steel with MBF-30 (Ni-4.5wt.%Si-3.2wt.%B) and MBF-35 (Ni-7.3wt.%Si-2.2wt.%B), were studied at the temperature range of $1030-1090^{\circ}C$ with various times from 60 s to 3600 s under a vacuum of approximately $10^{-5}$ Torr. In case of the former, BN, $Ni_3B$ and $Ni_3Si$ precipitates were formed in the bonding region. BN and $Ni_3Si$ secondary phases were present in the joint for the latter case. The formation of $Ni_3B$ within the joint centerline is dependent on B content. The morphology of $Ni_3Si$ is dominated by Si concentration. A difference between the times for complete isothermal solidification obtained by the experiments and the conventional TLP bonding diffusion model was observed when using MBF-35. According to the simulated results, the isothermal solidification completion time for MBF-35 case was smaller than that in MBF-30. However, this experimental value obtained using MBF-35 was notably larger than that obtained using MBF-30. Isothermal solidification of liquid MBF-30 is controlled by the first isothermal solidification regime dependent on B diffusion model, whereas that of liquid MBF-35 experiences two isothermal solidification regimes and is mainly controlled by the second isothermal solidification dependent on Si diffusion model. In addition, only if Si content exceeds a critical value, the slower 2nd solidification regime will commence.

본 연구는 보론이 첨가된 저합금강 용접 열영향부에서의 보론 편석 거동 연구를 위해 보론이 10ppm 첨가된 저합금강을 이용하여 다양한 용접 입열량 및 외부 응력에 따른 용접부 CGHAZ의 보론 편석거동을 분석하였다. 이를 위해 Gleeble 시스템을 이용하여 다양한 입열량에 따른 CGHAZ를 열 및 열-응력 사이클을 통하여 재현하였다. 재현된 시편의 미세조직은 OM을 통하여 분석하고, 보론의 편석거동을 SIMS와 PTA 분석법을 통하여 분석하였다. 그 결과 입열량에 따른 보론의 편석 거동은 최초 입열량이 증가함에 따라 보론의 편석이 증가하다가 다시 감소하였는데 이는 비평형 편석 후 고온에서 유지시간이 길어짐에 따라 back diffusion 발생에 따른 영향으로 판단된다. 또한 외부 응력에 의한 보론 편석 거동 분석 결과, 용접 열 사이클 중 작용하는 외부 응력에 의해 결정립계 편석 감소하였는데 이는 외부 응력에 의한 오스테나이트 결정립 크기 감소에 따른 결정립계 증가의 영향으로 판단된다.

This paper has been performed in order to figure out the reason of failure in T23 weldments used for boiler tube at 550 $^{\circ}C$. Defects such as cracks and cavities occurred in CGHAZ (coarse grain heat-affected-zone) and multi pass of weld metal, and these crack propagated along grain boundary. Microstructure evolution such as grain growth and carbide precipitation was investigated by optical microscope (OM), transmission electron microscope(TEM). Moreover, Auger electron spectroscope (AES) was employed in order to examine segregation along the grain boundaries. There is significant difference in grain size and precipitation distribution in the region where cracking took place. In addition, sulfur segregation was observed. Based on the results of this investigation, it has been possible to establish that this type of cracks were consistent with reheat cracking and creep damage. Selection of optimal filler metal, heat input, and PWHT temperature is required for prevention in order to avoid this type of cracking.

석탄화력발전소의 CO2배출량 감소와 고효율, 대용량화로 인해 초초임계압(USC:Ultra Super Critical) 화력발전소의 건설이 증가하고 있다. USC 발전소는 효율향상을 위한 증기온도와 압력의 상승 때문에 보일러 고온고압부에 기존의 소재에 비해 고온강도와 내산화성의 재료물성이 향상된 신소재 적용이 불가피하다. 특히 사용된 신소재 중에서 보일러 본체를 구성하는 수냉벽관(Water wall), 과열기와, 재열기용 튜브 및 후육부인 헤더와 배관재로 기존의 2.25Cr-1Mo강을 개량한 2.25Cr-1.6W계 내열강이 적용되고 있다. 2.25Cr-1.6W강은 SMI와 MHI가 공동개발한 소재로 1995년 튜브제품이, 1999년에 단조, 파이프재, 플레이트제품이 ASME code case로 등재되었고, 2009년 ASME code case 2199-4로 개정되어 사용 중이다. 이 소재는 2.25Cr-1Mo강에 고온강도 개선을 위해 석출강화효과가 있는 V과 Nb을 첨가하였고, 탄화물의 열적안정성과 고용강화효과 증대를 위해 W을 첨가하였다. 그리고 제작성과 용접성 및 재료의 인성 향상을 위해 B첨가와 C함량을 낮추었다. 합금성분의 첨가와 조정에 의해 고온강도는 개선되었지만, 보일러 설치 및 보수를 위한 용접과정에서 용접금속과 CGHAZ(Coarse Grain HAZ)에서 용접균열이 발생하였다. 대부분의 용접균열은 용접결함이나 고온 혹은 저온균열이 아닌 2.25Cr-1.6W계강의 강도 개선을 위해 첨가한 V과 Nb이 용접후열처리 도중 입내에 MX형태의 미세석출로 입내를 강화시킴으로서 발생한 재열균열 민감성 증대에 기인된 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서 용접 및 후열처리 과정에서 용접금속과 HAZ에서 발생하는 용접금속의 응력분포를 전산해석을 통해 확인하고 실제 후육파이프 용접부에서 잔류응력을 측정해 비교하였다. 용접부 응력분포는 SYSWELD 프로그램을 사용해 해석을 수행하였고, 발전소 실배관재의 용접부 응력측정은 수평부 측정이 용이하도록 지그를 부착한 Potable 잔류응력측정기를 사용해 Hole Drilling Method(HDM)를 적용하여 잔류응력을 측정하였다. 해석 결과 CGHAZ부위의 잔류응력이 용접금속과 기타 부위에 비해 높은 응력분포를 나타냈으며, 이는 CGHAZ와 용접용융선 부근에서 균열이 발생하는 실제값과 일치하는 결과를 보였다. 실제 배관재 용접부에서 측정한 잔류응력값은 항복응력의 약 50% 이하 응력값을 나타냈다. 배관 구조에 기인한 시스템응력의 영향을 제거하기 위해 배관재 용접부를 중심으로 양끝단을 절단 후 용접부에서 측정한 응력은 항복응력 대비 25%수준의 낮은값을 보였다. 그러나 배관재가 장기간 고온환경에 노출되었고 용접금속 내부의 균열이 발생한 상태에서 측정하였기 때문에 용접잔류응력은 상당부분 해소되어 상대적으로 낮은 응력값이 얻어진 것으로 판단된다.

최근 연비 향상 및 배기가스 저감을 위한 친환경 경량 굴삭기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 시도는 굴삭기의 소재의 강도를 490MPa급에서 700MPa급으로 고강도화를 통하여 작업장치의 경량화를 도모하고 있다. 본 연구에서는 중장비용 고강도 열연강재로 재발중인 ATOS70강재의 기본 용접성 및 GMAW 용접부 특성을 검토하였다. 사용한 시험재는 현장시험재인 14~16mmt두께의 ATOS70강재를 사용하였고, 용접경화성 및 저온균열감수성을 평가하였다. 또한 GMAW 용접을 실시하여 용접부의 이음부 특성을 검토하였다. 14mmt 두께의 ATOS70강재의 탄소당량은 약 0.44수준이고, 모재 인장강도는 약 760MPa급 수준을 보였다. 한편 최고경도시험에 의한 용접부 최도경도는 약 300Hv 수준을 보였으며, 경사 y-groove구속시험에 의한 14mmt두께의 한계예열온도는 상온이었다. 한편 GMAW 용접부 인장시험결과 740MPa급 이상의 인장강도를 확보하였고, $-5^{\circ}C$ 용접부 Charpy 충격시험결과 48J 이상의 충격인성을 나타내었다.

The use of ultra high strength steels (UTSS) is a natural result with increasing the demands for the lightweight materials and developing an innovative steel technology. Recently it has been used a 1500MPa grade hot stamping steel as automobile bodies, reinforcement parts, and seat frame parts in the automotive industry. It is a quenchenable steel manufactured by hot stamping process. It is well known that UTSS welding has softening in the heat affected zone(HAZ). Because welding is a sort of process applying heat, it should change the heat treated features and degrade the strength. This study was performed to investigate the influence of the heat input on the softening of the HAZ in the GMAW process. Each experiment was compared with that in the conditions having a different current and voltage at a same heat input. In order to analysis characteristics of the HAZ, optical microscope was used to observe microstructure and vickers hardness tests were carried out across the welds. Applying low heat input means a fast cooling rate. It leads to high hardness in the HAZ. It is found that characteristics of the HAZ are determined by microstructure obtained by different cooling rate.

철강 재료의 GMA 용접 시, 보호가스로 $CO_2$ 가스를 사용하면 가격이 저렴하고 용입이 깊다는 장점이 있어 국내에서 광범위하게 사용되어 왔다. 그러나 일반적으로 활성가스인 $CO_2$를 사용한 GMA용접은 아크가 불안정하고 스패터가 많이 발생한다는 단점이 있어 아크 안정성 개선의 필요성이 부각되었다. 거기다 용접 자동화 및 용접 품질의 고급화 추세로 아크 안정성이 $CO_2$용접에서 점점 중요해지면서, 아크 안정화 및 스패터 저감을 위한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 GMA 용접 재료인 solid wire의 표면에 이온화 에너지가 낮은 금속인 인듐(In)을 전해 도금하여 중전류의 $CO_2$ 용접에 적용하였다. 고속 촬영과 아크 모니터링 분석을 통하여 금속 이행 모드 및 아크 안정화에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 동일 전압, 전류 조건에서 도금 두께를 달리하여 용접을 실시, 도금 두께에 따른 아크 안정성의 경향을 분석하였다. 그 결과 도금 두께가 두꺼워짐에 따라 아크가 넓어지는 것을 확인하였으며, 이는 아크 내에 이온화도가 높은 인듐 이온이 다량 포함됨으로써 이온의 양이 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 또한 도금 두께가 일정 이상이 되면, 이행 모드가 용적의 아래에서 아크가 발생하는 반발 이행 모드에서 용적의 윗부분에서 아크가 발생하는 입상 용적 이행 모드로 바뀌었으며, 이때 단락 수가 현저히 줄어들어 아크가 안정해졌다. 이에 따라 인듐 도금 와이어는 기존보다 낮은 전류 영역에서도 안정적인 아크와 금속 이행 모드를 가지게 됨을 확인하였다.

Various alloy system, such as Cu-Sn-Ti, Cu-Ag-Ti, and Ni-B-Cr-based alloy are used for the brazing of diamond grits. However, the problem of the adhesion strength between the diamond grits and the brazed alloy is presented. The adhesion strength between the diamond grits and the melting filler alloy is predicted by the contact angle, thereby, instead of diamond grit, the study on the wettability between the graphite and the brazing alloy has been indirectly executed. In this study, Cu-13Sn-12Ti filler alloy was manufactured, and the contact angles, the shear strengths and the interfacial area between the graphites(diamond grits) and braze matrix were investigated. The contact angle was decreased on increasing holding time and temperature. The results of shear strength of the graphite joints brazed filler alloys were observed that the joints applied Cu-13Sn-12Ti alloy at brazing temperature 940 $^{\circ}C$ was very sound condition indicating the shear tensile value of 23.8 MPa because of existing the widest carbide(TiC) reaction layers. The micrograph of wettability of the diamond grit brazed filler alloys were observed that the brazement applied Cu-13Sn-12Ti alloy at brazing temperature $990^{\circ}C$ was very sound condition because of existing a few TiC grains in the vicinity of the TiC layers.

알루미늄 합금 재질은 무게의 경량화와 기계적강도가 우수하며 다른 비철금속에 비하여 값이 저렴한 장점이 있다. 현재 산업현장에서 활용하는 가장 흔한 접합법으로 TIG, RSW 등과 같은 용융 용접법을 현재는 많이 사용 하고 있지만 열전도도가 높아 열 확산이 빠르고, 이에 따라 모재의 팽창이 일어나 열변형을 유발하며, 산화피막은 그 내부에 함유된 결정수가 아크용접 중 분해되어 수소를 방출함으로 기공이 발생하여 부도체로 저항용접시 전도성을 방해하는 등의 문제를 발생시킨다. 또한 철에 비해 4배정도 큰 전기전도율에 따라 저항용접시 대전류를 사용해야 하는 등의 문제점이 발생하고 있다. 이와 같은 알루미늄 합금의 용융용접 과정에서 발생하는 단점을 극복하는 기술로 고상접합 방법인 마찰교반용접법(Friction Stir Welding)이 활용되고 있다. FSW는 1991년 영국의 TWI에서 개발된 최신 용접법으로 모재를 용융점 아래에서 고상용접시키는 방법으로 용융에 따른 열변형과 흄가스(hume gas)와 스패터(spatter)를 억제시켜 주는 친환경적인 용접법이다. 이러한 마찰교반용접의 기술은 그동안 특허에 따른 로열티가 산업현장에서 사용하는데 문제가 되었으나 특허보호 기간인 20년이 1년정도의 기간밖에 남지 않은 상황에서 그 사용은 날로 증가하리라 본다. 이러한 마찰교반용접부의 결함을 평가하는 방법에는 UT, RT 등이 활용되고 있으나 얇은 박판에서의 결함검출은 용이하지 않다. 이리한 문제점을 해결하기위하여 초음파 가진을 이용한 적외선 열화상 검출 기법을 이용하여 마찰교반용접부의 결함 검출 가능성을 연구하였다. 20kHz의 주파수를 400Watt로 가진시켜 겹치기(lap joint) 마찰교반용접이된 A6061-T6의 용접부에 초음파를 입사하였을 때 발생하는 열을 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정함으로써 마찰교반겹치기 용접부의 결함 검출에 활용하였다. 용접부에 초음파를 입사하였을 때 부분적으로 온도차이가 발생하였고, 그에 따른 열화상을 검출 할 수 있었다. 이러한 열화상과 실제 시험편의 용접부의 강도를 평가하기 위하여 인장시험을 하였다. 그 결과 초음파 적외선 열화상 검출에서 발열부위가 나타난 부분이 인장시험에서 낮은 인장강도를 보였다.

최근에 자동차 차체 경량화를 목적으로 개발된 고장력강의 용접품질 향상을 위해 인버터 DC 점용접기가 많이 사용되어지고 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 인버터 DC 용접기를 사용하여 자동차용 590MPa 고장력 냉연강판(CR, SPFC 590RA)과 아연 도금 강판 (GA- EZFFC 590RA)의 용접품질을 평가하였다. 용접에 사용된 기본 조건은 인장 전단 시험을 통하여 결정하였으며, 동저항, 압흔 자국과 너겟 지름, 인장강도와의 관계를 통계적 방법으로 분석하였으며, 이를 활용하여 고장력 강판의 동저항과 압흔 자국에 따라 너겟 지름과 용접강도를 예측하는 비파괴적 용접 품질 평가 방법을 제시하였다.

전자제품의 다양한 기능들의 융복합화 및 휴대 편의성 경향은 이제 더 이상 새로운 것이 아니다. 이러한 추세에 따라 전자부품들은 모듈화 되고, 휴대하기 용이해 지고 있다. 또한 다양한 제품 디자인에 적용하기 위해 제품에 장착되는 부품의 기구적 위치 배열의 한계 또한 제약 받고 있다. 따라서 최근의 전자부품은 모듈화 되고 있으며, 기구적 한계를 극복하기 위한 Flexible 모듈의 사용이 증가하고 있다. 또한 양산측면에서 Roll-to-Roll(R2R) 방식을 적용함으로써 생산성을 극대화 하고 있다. 이때 R2R 적용을 위해서는 제품이 굴곡 될 수 있도록 유연성이 보장되는 Bendable 전자모듈의 개발이 필수적으로 요구되고 있다. Flexible 기판은 더 이상 새로운 기술이 아니지만, Felxible 기판 내부에 칩이 내장되고, 회로가 형성되어 자체적으로 기능을 수행할 수 있도록 한 Bendable 전자모듈을 R2R 방식으로 제조하는 기술은 매우 새로운 접근이라 할 수 있다. 이러한 기술개발이 현실화 된다면, Wearable Electronics 및 Flexible Display 등 다양한 전자제품에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 이러한 제품의 상용화를 위해서는 Bendable 전자모듈에 대한 신뢰성이 확보되고, 제품으로써의 수명이 보증되어야 한다. 신규 개발되는 제품의 신뢰성 검증항목이나 수명평가 모델은 현재까지 제안되지 않고 있는 실정이다. 또한 다양한 사용 환경에서 고장(Failure) 발생을 유발하는 스트레스 인자(Stress Factor)를 도출함으로써, 가속시험 또는 신뢰성 검증을 위한 인가 스트레스를 선정할 수 있다. 그러나 이러한 고장물리를 기반으로 스트레스 인자를 해석한 결과는 아직 보고되고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 $50{\mu}m$ 두께의 Si Chip에 저항변화를 관찰하기 위한 회로를 형성한 후 폴리이미드 기판을 이용하여 Si Chip이 임베딩된 Bendable 전자모듈을 제작하였다. 전자모듈의 실사용 환경에서의 수명예측을 위한 사전단계로써 고장물리에 기반한 고장모드와 고장메카니즘을 해석하는 것이 최우선 수행되어야 하며, 이를 바탕으로 고장을 유발하는 스트레스 인자를 도출 하였다. 고장도출을 위해 시제품은 JEDEC J-STD-020C의 MSL시험, 고온가압시험, 열충격시험 및 고온저장시험을 각각 수행하였으며, 이로부터 발생된 각각의 고장유형을 분석함으로써 스트레스 인자를 도출하였다. 또한 모아레(Moire) 간섭계를 이용하여 제작된 샘플의 온도변화에 따른 변형해석을 수행하였고, 동시에 Half Symetry Model을 이용한 유한요소해석(FEA)을 수행하여 변형해석 및 스트레스 유발원인을 도출하였다. 이 결과로 부터 고장물리 기반의 고장해석과 Moire 분석 그리고 시뮬레이션 해석 결과를 바탕으로 Bendable 전자모듈의 고장유발 스트레스 인자를 해석할 수 있었다.

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

In this sutdy, a new class ACA(Anisotropic Conductive Adhesive) with low-melting-point alloy(LMPA) and self-organized interconnection method were developed. This developed self-organized interconnection method are achieved by the flow, melting, coalescence and wetting characteristics of the LMPA fillers in ACA. In order to observe self-interconnection characteristic, the QFP($14{\times}14{\times}2.7mm$ size and 1mm lead pitch) was used. Thermal characteristic of the ACA and temperature-dependant viscosity characteristics of the polymer were observed by differential scanning calorimetry(DSC) and torsional parallel rheometer, respectively. A electrical and mechanical characteristics of QFP bonding were measured using multimeter and pull tester, respectively. Wetting and coalescence characteristics of LMPA filler particles and morphology of conduction path were observed by microfocus X-ray inspection systems and cross-sectional optical microscope. As a result, the developed self-organized interconnection method has a good electrical characteristic($2.41m{\Omega}$) and bonding strength(17.19N) by metallurgical interconnection of molten solder particles in ACA.

카본나노튜브(CNT) 복합체는 우수한 기계적 성질을 가지고 있어 다양한 분야에서 연구되고 있다. 본 연구에서는 카본나노튜브(CNT)를 간단한 볼밀공정을 사용하여 Sn3.5Ag solder ball과 SAC305 powder 표면에 혼합하고 이를 통해 접합부 특성을 관찰하였다. 볼밀을 실시하기 전 카본나노튜브(CNT)는 초음파을 이용하여 분산을 실시하였다. Sn3.5Ag solder ball의 직경은 450um이고 SAC305 powder의 직경은 약 30um이었으며 이때 사용한 볼밀볼의 직경은 각각 3mm, 1mm이다. 볼밀 회전속도는 약 300rpm이고 6, 12, 18, 24시간동안 볼밀을 실시하였다. 24시간 볼밀 후에도 solder ball과 solder powder의 모양은 크게 변하지 않았다. SEM을 통해 표면을 관찰한 결과 분산된 카본나노튜브(CNT)는 solder ball과 solder powder의 표면에서 관찰되었다. 카본나노튜브(CNT)가 삽입된 solder ball은 BGA coupon 위에 놓고 Reflow를 실시하여 접합하였고 solder powder은 flux를 첨가하여 paste로 제조하여 2012 chip에 대한 접합특성을 관찰하였다. 카본나노튜브(CNT)는 solder ball 내부의 표면근처에서 관찰되었으며 카본나노튜브(CNT)가 혼합된 solder ball은 Aging 실시 후에 IMC 두께가 카본나노튜브(CNT)가 혼합되지 않은 solder ball에 비해 두께가 작고 접합강도는 약 10% 증가하였다. 또한 카본나노튜브(CNT)가 혼합된 solder paste와 카본나노튜브(CNT)가 혼합되지 않은 solder paste를 비교한 결과 인쇄성은 모두 양호하였으며 카본나노튜브(CNT)가 혼합된 paste를 사용한 chip의 전단강도가 높게 나타났다.

연성회로기판은 일반적으로 절연체를 이루는 폴리이미드와 전도체를 이루는 구리로 구성되어 있다. 폴리이미드는 뛰어난 열적 화학적 안정성, 기계적 특성, 공정성 등의 장점으로 인해 연성회로기판의 절연체로서 제안되었지만 전도체를 이루는 구리와의 접합 특성이 우수하지 않기 때문에 많은 연구가 현재까지 진행되고 있고, 그 결과 연성회로기판의 접합 특성에 많은 개선이 이루어짐과 동시에 다양한 공정 방법이 제안되고 있다. 하지만 고온다습한 환경에서 사용될 경우 폴리이미드의 높은 흡습성과, 구리와 seed layer의 산화 문제로 인해 접합 특성이 저하된다는 단점 또한 가지고 있다. 따라서 본 연구를 통해 고온다습한 조건하에서 seed layer가 80Ni/20Cr 합금으로 구성된 연성회로기판의 seed layer의 두께와 시효시간으로 인해 발생하는 접합 신뢰성의 차이를 관찰하였다. 본 연구에서는 두께 $25{\mu}m$의 폴리이미드 위에 각각 100, 200, $300{\AA}$ 두께의 80Ni/20Cr의 합금 조성을 가지는 seed layer를 스퍼터링 공정을 통해 형성한 후 전해도금법을 이용하여 $8{\mu}m$ 두께의 구리 전도층을 형성하였다. 접합 특성 평가를 위해 ICP 규격에 따라 전도층 패턴을 폭 3.2mm, 길이 230mm로 시편을 제작하여 50.8mm/min의 이송 속도로 각 시편당 8회의 $90^{\circ}$ peel test를 실시하였다. 또한 $85^{\circ}C$/85% 항온항습 조건하에서 각각 24, 72, 120, 168시간 동안 시효 처리 후 같은 방법으로 연성회로기판의 접합 특성을 평가하였다. 파면의 형상과 조성을 분석하기 위해 SEM (Scanning electron microscope)과 EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 사용하였으며, 파면의 조도 측정을 위해 AFM (Atomic force microscope)을 사용하였다. 또한 파면의 잔여물 분석을 위해 EPMA (Energy probe microanalysis)를 사용하였고 계면의 화학적 결합상태를 분석하기 위해 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 파면을 분석하였다.

눈부신 전자산업의 발달로 대부분의 전자제품이 다기능/경박단소화 되고 있어, 고밀도 실장 기술인 양면 표면실장과 고집적 패키징 기술인 패키지 적층 공정의 적용이 점차 확대되고 있다. 따라서 양면 표면실장 및 패키지 적층 공정에 사용되는 저온 접합용 무연 솔더 즉, $183^{\circ}C$(Sn-37Pb 공정 솔더 융점) 이하의 융점을 가지는 저온 무연 솔더에 대한 관심이 높아지고 있다. 한편, 미세피치 적용 분야에 있어 ACF/P를 이용한 COG 접속 분야 외에도 최근 저온 접합용 무연 솔더를 이용한 접속 분야가 각광을 받고 있다. 따라서, 접속피치 미세화에 대응하기 위해 스크린 인쇄성을 향상시킬 수 있는 저온 무연 솔더 paste 제조 및 공정 기술의 개발이 필요한 실정이다. 현재 대표적인 저온 무연 솔더 조성은 Sn-Bi계($138^{\circ}C$ 융점)와 Sn-In계($120^{\circ}C$ 융점)이다. 하지만, 이들 조성의 신뢰성 등에 있어 개선의 여지가 있으므로 이를 해결하기 위한 무연솔더 조성의 개발이 필요하다. 이와 같은 관점에서, 본 연구는 $137^{\circ}C$의 융점을 갖는 Sn-57.6Ag-0.4Ag 저온 무연 솔더 paste를 $217^{\circ}C$의 융점을 갖는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더 paste와 비교하여 인쇄성, reflow 특성, void inspection, 미세조직 관찰 및 underfill 적용 등의 실험을 실시하였다.

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.

Glass sealing method is used glass bond as called frit in LCD, PDP process. but new sealing method is need to consider the endurance and economy. This paper present the new glass sealing method using high density gas torch in the furnace and process variable are defined by experiment. Taguchi Robust Experimental Design methods were applied for optimizing these four main processing parameters.

Ultrasonic fine welding, cutting, cleaning, inspection and measurement is widely used in various fields over 20kHz. However, for High Frequency of 60kHz or more study areas is still insufficient, and the result is lacking. Therefore, this study used ultrasonic horn to the Bonding of Dissimilar Materials for effective design. Finite element analysis (FEA) is using the equations of motion to establish the model. The optimal design for the basic interpretation of vibration characteristics of the ultrasonic measures horn will examine the design.

패키징 구조의 발전이 점차 중요한 문제로 대두되어, 칩의 집적 기술의 발전에 따라 실장기술에서도 고속화, 소형화, 미세피치화, 고정밀화, 고밀도화가 요구되고있다. 최근 선진국을 중심으로 전자 전기기기 및 부품의 실장기술에서도 환경 친화적인 기술을 요구함에 따라, 저에너지 공정 및 무연 실장 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존의 SOP(Small Out-line Package), QFP(Quad Flat Package) 등은 소형화, 다핀화, 고속화, 실장성에 한계가 있기 때문에, SMT(Surface Mount Technology) 형식으로 된 BGA(Ball Grid Array)가 휴대형 전화를 비롯한 기타 전자 부품 실장에 널리 사용되고 있다. BGA ball shear 법은 BGA 모듈의 생산 및 취급 중에 발생할지도 모르는 기판에 수평으로 작용하는 기계적인 전단력에 BGA solder ball이 견딜 수 있는 정도를 측정하기 위해 사용되는 시험법이다. 전단 시험에 의한 전단 강도의 측정 외에 전기전도도 측정, 파면 관찰, 이동거리(displacement), 유한요소 해석법 등을 병행하여 시험법의 신뢰성 향상에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 실험에서는 지름이 $500{\mu}m$인 Sn-3.5Ag 솔더볼을 이용하여 세라믹 기판을 접합하여 BGA 패키지를 완성하였다. 상부 기판에 솔더볼을 정렬시켜 리플로우 방법으로 접합 한 후 솔더볼이 접합된 상부 기판과 하부 기판을 접합 하여 시편을 제작하였다. 접합된 시편들은 $150^{\circ}C$에서 0~800시간 열처리를 실시하였고, 열처리를 하면서 각각 $3{\times}10^2A/cm^2,\;5{\times}10^3A/cm^2$의 전류를 인가하였다. 시편들을 전단 시험기를 이용하여 솔더볼의 기계적 특성 평가를 하였으며, 계면 반응을 관찰하였다.

최근 휴대폰, 노트북 등과 같은 소형 멀티미디어 기기의 사용이 증가함에 따라 전자 패키징 산업은 경박단소화를 요구하고 있습니다. 더불어 전기적 신호의 손실을 줄이기 위해 전기, 전자산업체에서는 가볍고 굴곡성이 우수한 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)과 가격이 싸고 신뢰성이 입증된 경성인쇄회로기판(Rigid Printed Circuit Board, RPCB)의 전극간 접합에 많은 관심을 보이고 있습니다. 기존에 연성인쇄회로기판과 경성인쇄회로기판을 접합하는 방식으로는 connector를 이용한 체결법이 사용되고 있지만 완성품의 부피가 커지고 자동화 공정이 힘들며 I/O 개수가 제한적이어서 신호전달에 취약한 단점이 있습니다. 또한, 최근 FPCB를 RPCB에 접합하는데 interconnection으로 이방성 도전 필름(Anisotropic conductive film, ACF) 또는 비전도성 필름(Non-conductive film)이 널리 사용되고 있습니다. 하지만 필름의 가격이 비싸고, 낮은 전기 전도도를 보이며, 신뢰성 특성이 낮다는 단점을 가지고 있습니다. 본 실험에서는 기존의 connector 방식과 접착 필름을 이용한 방식을 대체하기 위하여 솔더를 interlayer로 이용하여 열과 압력으로 접합하는 방법에 대하여 연구하였습니다. 실험에 사용된 솔더의 조성은 Sn-3.0Ag-0.5Cu (in wt%)이고, RPCB와 FPCB의 표면처리는 ENIG로 하였습니다. 접합 온도와 접합 시간에 따라 최적의 접합 조건을 도출하고자 하였고, 접합된 시편을 가지고 신뢰성 테스트를 진행하였습니다. $85^{\circ}C$/85% 고온고습 시험과 고온 방치 시험을 통하여 접합부의 신뢰성을 테스트 하였고, 90도 Peel test로 기계적 접합 강도를 측정하였고, 파괴 단면을 Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)로 분석하였습니다.

강관은 물, 유류, 천연 가스 등을 운송하는 배관용 및 건물의 골조, 유압 및 공압 실린더, 가이드 레일 등 의 기계적 부품으로도 널리 사용되기도 한다. 이렇게 사용되는 강관의 70% 이상은 고주파 전기저항용접(High Frequency Electrical Resistance Welding,이하 ERW)으로 제조되고 있다. 아파트 등 실제 현장에서 ERW 강관에 흐르는 유체는 비드가 제거된 내면 부위에서 와류 (vortex)를 일으켜 기계적 침식(erosion)을 수반할 가능성이 있으며, 수격현상으로 인해 부식 부위에서 반복피로 하중을 받아 부식의 전파속도가 증가되어 최종적 으로 파손되는 경우도 예상할 수 있다. 이에 본 연구에서는 입열량을 달리하여 제조된 ERW 강관을 대상으로 강관 내부에서의 유속에 따라 홈부식 감수성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 이를 위해 실제 사용 환경을 모사할 수 있는 장치를 제작하고 경계 조건을 선정하여 실험을 실시하였다. ERW 강관의 내부에서 유속이 빨라질 경우 부식속도는 증가를 하였고, 입열을 많이 받은 강관의 경우 부식속도가 감소하는 경향을 가졌다. 이러한 결과를 바탕으로 하여 ERW 강관에서 발생하고 있는 결함발생에 의한 피해를 극소화시킴으로서 안전하고 효율적인 관리에 기여하고자 한다.

The automotive chassis components are structural assemblies that support the engine, suspension, and steering components of the vehicle. For the development of AHSS components, the durability analysis is important. In this paper, the low cycle fatigue property of AHSS was evaluated for the geometry complex and local plasticity in the base material. The GMAW optimization was implemented for the weld soundness using the moving least square method. And the weld S-N curves of AHSS were evaluated to access durability analysis for the weld region. For the verification, the durability analysis of the couple torsion beam axle (CTBA) was performed and compared to the rig test result. The durability analysis using the low cycle fatigue property and the evaluated weld S-N curve of AHSS met the good agreement with the test result.

파이프라인을 건설함에 있어 가장 중요한 기술이 배관 용접기술이다. 즉 파이프와 파이프를 연결하는 작업이 공사 진척도를 결정하기 때문에, 이를 얼마나 경제적으로 신속하게 수행해 나가느냐하는 것은 건설기간 및 건설비용을 결정하는 핵심 요소이다. 가스배관 시공 원주용접 방법은 여러 가지 있는데, 현재 국내에서는 전량 수동용접을 채택하고 있다. 이 방법은 국내 가스배관을 건설한 초기부터 적용해온 것으로 우수한 품질을 확보할 수 있으며, 취약한 국내 자동화기술과 열악한 도로 매설 시공여건에서 적용하기 용이한 방안이다. 그러나 우수한 용접기량을 보유한 용접사가 점차 부족해지고, 배관시공 시간을 단축하고 비용을 줄이기 위한 필요성이 점차 커지면서 이를 해결할 수 있는 기술로서 자동원주용접방안이 있다. 이 기술들은 해외 가스배관에 이미 오래전부터 적용되어 용접부위 신뢰성과 품질 우수성을 확보하고 시공비용절감을 달성하고 있다. 자동용접을 적용하기 위해서는 용접절차를 수립하여 절차인증시험을 수행하고, 기존방안과 동일이상의 품질이 확보되며 효율성을 겸비해야만 한다. 국가 기본에너지의 안정적인 공급을 위해 적기 시공이 필요하고, 1 km당 10 억원 이상이 소요되는 배관시공비용 중 약 1/3이 용접비파괴검사 비용인 점을 감안할 때 품질이 확보되면서 경제적인 시공방안이 있다면 이를 적용하는 것이 국가 산업 경제적 측면에서 필요한 일이다. 이와 관련된 연구에서는 국내 가스배관 원주용접에 적용 가능한 용접공정을 검토하고, 용접절차를 수립하여 절차인증시험을 수행하였으며, 추가로 배관 원주 자동용접부위에 대한 기계적 특성 평가를 실시하였다. 현재 국내 건설여건과 비파괴검사 기준을 만족시키고 안전성과 효율성을 겸비한 방법으로는 초층과 2층은 수동 GTAW를 적용하고 나머지 층은 반자동 FCAW를 적용하는 방안이 적절한 것으로 판단된다. 전 층을 자동 GTAW로 용접하는 방안은 품질은 확보되지만 효율성측면에서 대형배관에는 적용하기 어려울 것으로 보이며, 해외에서 많이 사용되는 자동 GMAW 방안은 국내 비파괴검사기준을 만족시키기 어려워 검토대상에서 제외하였다. 본 논문에서는 두 가지 용접방법에 대한 용접공정개발과정과 원주용접부위 기계적 특성을 검토하여 최적방안을 제시하고자 한다.

Welding is one of the most important joining processes and the effect of welding residual stresses in the structure has a great deal of influence on its quality. In this paper, recent development in computational welding mechanics, particularly calculation of welding residual stresses, is introduced. The hypoelastic formulation of finite element analysis for thermoelastic-plastic deformation is applied to welding processes to find residual deformations and stresses. Leblond's phase evolution equation coupled with the energy equation is employed to calculate the phase volume fraction; this plays an important role as a kinetics parameter affecting phase fraction effects in the mechanical constitutive equation of welded materials. Furthermore, transformation plasticity is taken into account for an accurate evaluation of stress. The influence of the phase transformation and the transformation plasticity on residual stress is investigated by means of numerical analyses using metallurgical parameters in Leblond's phase evolution equation that are adjusted with respect to various cooling rates in a CCT-diagram. Coding implementation is conducted by way of the ABAQUS user subroutines, UMAT.

조선업을 포함한 다양한 산업 분야에서 후판 강재의 수요량 증가와 함께 사용 범위 또한 폭넓게 되고 있다. 특히, 선박의 수송효율의 극대화를 위하여 컨테이너선의 대형화가 급속하게 진행되고 있으며, 2009년 현재1,300TEU 이상의 초대형 컨테이너선이 건조되고 이다. 이처럼 용접구조물의 초대형화에 따른 사용강재 또한 고강도 극후물화 되고 있다. 현재 선박에 적용중인 고강도 강재는 EH47 강재로 YP 460MPa 급의 강재가 Hatch Coamming부에 적용중에 있으며, 강재의 두께 또한 70mm 이상이다. 이러한 고강도 극후물재의 강구조물에 적용에 따른 선급협회에서는 용접부에서의 취성균열 전파에 의한 취성파괴의 위험성이 있으므로 강재의 두께를 제한하고 더욱 엄격한 파괴인성값을 요구하고 있다. 일본선급협회(NK)를 중심으로 취성균열의 정지를 위한 모재의 요구 성능등에 관한 연구들이 진행되고 있다. 이 연구의 대부분의 전제 조건은 선박의 블럭과 블럭의 조립시에 용접부가 직선형이 아닌 계단형(Butt shift)를 하는 것으로 하고 있으므로, 국내의 조선건조 공법의 현실과는 거리감이 있다. 본 연구에서는 국내 조선사에서 수행중인 직선 이음부에 대한 시공 공법에서 취성균열이 발생하여 진전 되더라도 균열을 정지 시킬 수 있는 기술에 관한 연구를 수행하였다. 균열의 진전은 대부부의 연속면에서는 정지를 시키지 못하고 직진 전파 하여서 파괴에 도달하게 된다. 따라서 뭔가의 불연속적인 면을 임의로 생성하여야 균열을 정지 시킬 수 있다. 본 연구에서는 이러한 균열의 정지 방법으로 형상적인 측면과 재료적인 측면에서 검토를 수행하였다. 형상적인 측면에서는 균열을 정지 시키고자 하는 위치에 불연속적인 면을 만들기 위하여 일정 크기의 hole을 만들어서 균열을 정지시켰으며, 재료적인 측면에서는 고인성의 용접재료를 사용하여서 취성균열이 진행하는 경로에 인성을 높은 재료를 적용하여 불연속적인 면의 생성과 함께 인성을 높여서 균열을 정지 시키는 기술을 개발하였다. 이러한 기술의 개발을 통하여 취성균열의 전파에 의한 파괴를 방지 할 수 있으며, 용접구조물의 안전성 확보를 가능하게 하였다.

본 연구에서는 EGW, FCAW 공정 적용에 따른 고강도 극후판 EH36-TMCP강 용접부의 역학적 거동 및 파괴인성 $K_{IC}$ 을 규명하기 위해, 먼저 열분포, 열탄소성 수치해석을 통하여 용접부의 역학적 거동(용접잔류응력, 소성변형율 등의 크기, 분포, 발생기구)을 고찰하였다. 그리고 이때 얻어진 잔류응력을 초기응력으로 하여, 잔류응력과 외력의 복합하중에 대한 파괴인성 $K_{Ic}$ 특성을 해석하였다. 용접공정별 균열이 존재하는 용접부의 파괴기준을 살펴보면, EGW용접부의 경우가 FCAW용접부의 경우에 비해 균열의 성장이 다소 용이하여 $K_{IC}$ 값이 다소 낮게 나타났다. EGW용접부의 파괴인성 $K_{IC}$ 경우 중첩된 경우(복합하중)가 순수 외력만 작용하는 경우보다 파괴 인성치가 다소 감소하는 경향을 보이고, a/W가 작을 경우 중첩의 경우가 순수 외력만의 경우보다 파괴인성치 차이가 크나, a/W가 증가함에 따라 그 차이가 점차 없어지는 것으로 나타났다. 반면, FCAW용접부의 경우 균열길이가 작은 범위에서는 중첩된 경우가 순수 외력만 작용 할 경우보다 파괴 인성치가 다소 증가함을 보이지만, a/W가 증가함에 따라 순수 외력만의 작용의 경우와 중첩의 경우의 파괴인성 차이가 없는 것으로 나타났다.

The purpose of this study is to identify the principal factor controlling transverse residual stress at the weldment for joining unit hull blocks. In order to do it, the comprehensive FE analyses were carried out to evaluate the effect of distance between fillet and butt weldments, in-plane and out-of-plane restraint degree on the amount and distribution of transverse residual stress in way of the weldments between unit hull blocks. In accordance with FEA results, principal factor controlling the amount of transverse residual stress at the weldments was identified as in-plane restraint degree of butt weldment for unit blocks. The effect of other variables on the transverse residual stress was very small relatively. Based on the results, it can be concluded that the proper distance between fillet weldment for stiffener and butt weldment for joining unit blocks should be determined in consideration of in-plane restraint intensity of butt weldments.

Zinc coatings provide the most effective and economical way of protecting steel against corrosion. There are three types of galvanizing lines typically used in production line in galvanizing industries,Galvanize (GI) coating (Zn-0.1-0.3%Al), Galfan coating (Zn-5%Al), Galvalume(GL) coating (45%Zn-Al). In continuous Galvanizing lines, the immersed bath hardware (e.g. bearings, sink, stabilizer, and corrector rolls, and also support roll arms and snout tip) are subjected to corrosion and wear failure. Understanding the reaction of these materials with the molten Zn alloy is becomes scientific and commercial interest. To investigate the reaction with molten Zn alloys, static immersion test performed for 4, 8, 16, and 24 Hr. Two different baths used for the static immersion, which are molten Zn and molten Zn-55%Al. Microstructures characterization of each of the materials and intermetallic layer formed in the reaction zone was performed using optical microscope, SEM and EDS. The thickness of the reaction layer is examined using image analysis to determine the kinetics of the reaction. The phase dominated by two distinct phase which are eutectic carbide and matrix. The morphology of the intermetallic phase formed by molten Zn is discrete phase showing high dissolution of the material, and the intermetallic phase formed by Zn-55wt%Al is continuous. Aluminum reacts readily with the materials compare to Zinc, forming iron aluminide intermetallic layer ($Fe_2Al_5$) at the interface and leaving zinc behind.

The purpose of this study is to clarify the transitional behavior and main factor of excessive welding distortion caused by fabrication process of STS 304 vacuum vessel having double curvature for the efficient quality control of vacuum vessel. In order to do it, the predictive equations of the welding distortion in simple weldment of vacuum vessel were established by conventional finite element analysis. And the principal factor controlling the welding distortion was identified by evaluating the welding distortion of vacuum vessel in each fabrication process with FEA and simplified thermo elastic method. Based on the results, the principal factors of distortion of vacuum vessel were clarified as angular distortion and transverse shrinkage which are a source of excessive out-of plane distortion in the double curved vacuum vessel. It was expected that the FE analysis results of this study could contribute to establish the proper control method of welding distortion for double curved vacuum vessel.

The use of thin plate increases due to the need for light weight in large ship. Thin plate is easily distorted and has residual stress by welding heat. Therefore, the thin plate should be carefully joined to minimize the welding deformation which costs time and money for repair. For one effort to reduce welding deformation, it is very useful to predict welding deformation before welding execution. There are two methods to analyze welding deformation. One is simple linear analysis. The other is nonlinear analysis. The simple linear analysis is elastic analysis using the equivalent load method or inherent strain method from welding experiments. The nonlinear analysis is thermo-elastic analysis which gives consideration to the nonlinearity of material dependent on temperature and time, welding current, voltage, speed, sequence and constraint. In this study, the welding deformation is analyzed by using thermo-elastic method for PCTC(Pure Car and Truck Carrier) which carries cars and trucks. PCTC uses thin plates of 6mm thickness which is susceptible to welding heat. The analysis dimension is 19,200mm(length) * 13,825mm(width) * 376mm(height). MARC and MENTAT are used as pre and post processor and solver. The boundary conditions are based on the real situation in shipyard. The simulations contain convection and gravity. The material of the thin block is mild steel with $235N/mm^2$ yield strength. Its nonlinearity of conductivity, specific heat, Young's modulus and yield strength is applied in simulations. Welding is done in two pass. First pass lasts 2,100 second, then it rests for 900 second, then second pass lasts 2,100 second and then it rests for 20,000 second. The displacement at 0 sec is caused by its own weight. It is maximum 19mm at the free side. The welding line expands, shrinks during welding and finally experiences shrinkage. It results in angular distortion of thin block. Final maximum displacement, 17mm occurs around welding line. The maximum residual stress happens at the welding line, where the stress is above the yield strength. Also, the maximum equivalent plastic strain occurs at the welding line. The plastic strain of first pass is more than that of second pass. The flatness of plate in longitudinal direction is calculated in parallel with the direction of girder and compared with deformation standard of ${\pm}15mm$. Calculated value is within the standard range. The flatness of plate in transverse direction is calculated in perpendicular to the direction of girder and compared with deformation standard of ${\pm}6mm$. It satisfies the standard. Buckle of plate is calculated between each longitudinal and compared with the deformation standard. All buckle value is within the standard range of ${\pm}6mm$.

용접에 의해 발생하는 용접잔류응력은 강구조물의 피로성능, 파괴양상 등에 영향을 주고 있으나 이러한 용접잔류응력을 예측하는 것은 쉽지 않다. 이러한 용접잔류응력을 예측하는 방법으로는 열탄소성해석과 같은 수치적 방법과 실험적 방법이 있다. 열탄소성해석의 경우 실제문제를 이상화하는 과정에서 매우 복잡한 모델링 기술이 필요하다. 또한, 측정방법에서는 표면의 잔류응력을 측정할 수 있는 홀드링법과 X-선법 등이 있고, 내부 잔류응력의 측정방법으로는 중성자회절법이 있다. 그러나 홀드링법의 경우, 사용범위의 한계와, 중성자회절법에서의 내부 잔류응력을 측정할 수 있는 두께의 제약이 있어 후판의 잔류응력을 측정하는 것은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 용접잔류응력의 생성근원인 고유변형도를 측정하고 이것으로부터 맞대기용접에서 발생하는 두께방향의 용접잔류응력을 계측하였다.

마그네슘은 지구상에서 존재하는 금속 중 가장 가벼운 실용화 금속이다. 따라서 최근 산업 전반적으로 대두되는 경량화에 대응하는 데 중요한 소재로 각광받고 있으며 그 활용이 활발하게 추진되고 있다. 본 연구에서는 이러한 동향에 대응하는 일환으로 POSCO에서 생산되고 있는 압연 마그네슘판재를 적용하였다. 적용 대상은 철도 분야의 경량화를 위한 전장품을 선정하고, 실물 크기로 제작하였다. 제작은 두께 3.5 mm 의 판재를 사용하였으며 용접은 Friction Stir Welding 및 GTAW 를 사용하였다. 그림1에 제작이 완료된 형상을 나타낸다. 그리고 제작중의 용접과정에 대하여 3차원 열탄소성 해석을 수행하여 변형 과정에 대한 검토를 수행하였다. 그림2에 해석과정의 한 예를 나타낸다.

본 논문에서는 원자력발전소 1차 계통의 스테인리스강 저합금강 이종금속용접부 및 스테인리스강 동종용접부의 잔류응력을 평가하고 스테인리스강 용접부의 응력부식균열 민감성에 대해 고찰하였다. 노즐 안전단의 이종금속용접부 및 안전단 배관의 동종용접부 제작 및 소재가공에 의행 생성되는 잔류응력을 예측하기 위해 열 탄소성 유한요소법 수치해석을 수행하였으며, 용접공정과 함께 표면의 잔류응력에 기여하는 절삭 및 연삭가공과 소재의 담금질 공정을 열 탄소성적으로 모사하였다. 전산해석 결과, 스테인리스주강의 담금질 잔류응력은 무시할 수 없는 상당한 크기이므로 배관 용접잔류응력 평가 시 소재의 담금질 효과를 고려해야 할 것으로 판단된다. 이종금속 용접과 동종금속 용접공정이 보수용접 없이 정상적인 절차(내면에서 외면으로 적층)로 완성된다면, 냉각재 환경에 노출되는 용접부 내면의 잔류응력은 재료의 응력부식균열 민감성에 영향을 주지 않을 것으로 판단된다. 한편, 안전단 배관 동종용접부의 연삭가공에 의해 내면의 잔류응력이 크게 상승하는 것으로 예측되었으므로, 내면의 연삭가공 이후 표면잔류응력 완화처리(예, 버핑)가 필요하다.

The purpose of this study is to develop the control technology of the welding distortion caused by Auto NG-GTA welding process at the STS 304 multi-pass butt weldment. For it, heat input model for Auto NG-GTA welding process was established and verified by measuring temperature change and molten pool shape at the bead-on-plate weldment. With heat input model developed, the effect of the tension load on the amount of welding distortion at the STS 304 multi-pass butt weldment was evaluated using the thermo-elasto-plastic FE analysis. In accordance with FEA results, the angular distortion and transverse shrinkage sharply decreased with an increase in tension load. This result indicates that tensioning method was verified as a countermeasure against the welding distortion of STS 304 multi-pass butt weldment.

The purpose of this study is to establish the predictive equation of transversal residual stress at the thick weldment of large container ship. In order to do it, the variables used for this study were restraint degree, yield strength of base material, thickness of weldment and welding heat input. Here, the level of restraint degree at the thick weldment of container ship having the various welding sequence was calculated using FEA. From the result, the h-type specimen was designed to simulate the level of restraint degree at the actual weldment of containership. With H-type test specimen designed, the effect of the variables on the distribution of transversal residual stress at the weldment in a container ship was evaluated using the comprehensive FEA. Based on the results, the predictive equations of mean value and the distribution of transverse residual stress in each location of residual stress were established using dimensional analysis and multiple-regression method. The validation of predictive equations was verified by comparing with measured results by XRD in the actual weldment of the ship.

As the size of containership increased over 14,000TEU, thick steel plate with high strength has been used. The plate thickness increased over 70mm and yield strength of the steel plate was around $47kg_f/mm^2$. Many researchers reported that the thick welded plate has low crack arrest toughness. They noticed the crack arrest ability is dependent on the plate thickness. In other words, brittle crack propagates straightly along the welded line and make abrupt fracture in the thick plate which causes low $K_{ca}$. In this study, the other factors, especially welding heat input, to cause low crack arrest toughness was investigated for thick steel plate welds. EH grade steel plates were used in this study and 50 to 80 thick plates were tested to confirm thickness sensitivity. Electro gas welding (EGW) and flux cored arc welding (FCAW) were adopted to prepare the welded joints. Temperature gradient ESSO test was performed to measure $K_{ca}$ values with the variation of welding variables. As a result of this study, regardless of plate thickness, welding heat input to cause welding residual stress around crack path is a key factor to control the brittle crack propagation in welded joints.

모듈 형 터빈 다이아프람은, 아우터 링(outer ring), 스팀 패스(steam path)와 이너 웹(inner web)의 원형 형상을 갖는 세 부분을 조립하여 원주 방향의 용접 조인트를 형성하는 기존의 다이아프람 형태가 아니라, 아우터 슈라우드(outer shroud), 베인(vane)과 이너 슈라우드(inner shroud)의 세 부분이 하나의 모듈을 이루고 이러한 모듈을 원주 방향으로 조립하여 방사 방향의 조인트를 형성한다. 전자빔 용접은 이와 같은 방사 방향의 조인트를 수직으로 가로지르는 용접 궤적을 따라 진행되며, 용접 패스에 따라 형성되는 용융 비드의 단면적만큼 인접하는 두 모듈을 접합시킨다. 이 경우 용융 비드의 단면적과 형상은 두 모듈의 결합 강도를 결정하는 중요한 요소가 되어, 제작 시 다이아프람의 크기와 두께에 따라 용입 깊이와 평균 단면 비드 폭을 규정하고 있다. 본 연구에서는 용입 깊이와 단면 비드 폭의 요구 조건을 만족하면서 결함이 없는 건전한 용접부를 얻을 수 있는 최적 용접 조건을 도출하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 플레이트 시편과 모듈 시편을 사용한 기초 실험과 유사 시제품(semi-mockup) 실험을 실시하였다. 플레이트 기초 실험을 통해 전자빔 주요 변수인 빔 전류, 초점 위치, 용접 속도, 빔 진동 폭 변화에 따른 용융 비드 형상 변화를 관찰하였고, 빔 전류가 용입 깊이에 가장 큰 영향을 주는 인자임을 확인하여 요구 용입 깊이 별 적정 빔 전류 값을 설정하였다. 용접 속도는 생산성 측면에서 균열이 발생하지 않는 범위에서 가능하면 가장 큰 값을 사용하였고, 빔 진동 폭은 초점 위치와 함께 단면 비드 형상 결정에 많은 영향을 주는 인자로 확인되어 균열이 없는 가장 이상적인 단면 비드 형상인 완만한 쐐기 형태가 되도록 설정하였다. 이 후 실제 제품 폭과 용접 패스를 갖는 블록 모듈 실험을 통해 설정 용접 변수의 적용성과 균열 발생 여부를 확인하였고, 이 때 적용 제품 폭이 30 mm 이하이며 요구 용입 깊이가 50 mm 이상의 경우에서 비드 중앙부 균열이 발생함을 관찰하였다. 따라서 해당 영역의 제품에는 균열 저항성이 높도록 용접 속도와 빔 진동 폭을 줄여 최적 용접 변수를 새롭게 설정하였으며, 이를 유사 시제품 실험에 적용하여 최종적으로 용접 변수 안정성을 검증하였다. 이러한 실험을 통해 확인된 최적 용접 조건을 실 제품 제작에 적용하여 모듈 형 터빈 다이아프람 전자빔 용접 제작을 성공적으로 완료할 수 있었다.

니켈기지의 석출강화 초내열합금은 가스터빈의 고온부 부품 제조에 널리 사용되고 있다. 장시간 동안 부품의 강성 유지와 구조적 안정성을 확보하기 위해서는 니켈기지의 합금에 감마프라임 생성을 위한 원소를 첨가하는데 이에 따른 용접성의 저하 때문에 보통 초합금의 용접은 고온에서 수행하게 된다. 그러나 레이저용접의 경우는 용접변수 및 입열제어가 용이해 상온에서 초합금의 용접이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 일반적인 재료로 연성이 좋은 STS304 판재와 실제 블레이드의 재료로 사용되는 니켈계 석출강화 합금인 GTD 111DS 모재에 $CO_2$ 레이저를 이용하여 용접을 실시하였고 적용파우더와 파워, 용접속도 및 파우더 공급량 등을 달리 하였다. STS304 판재 사용시 Rene 80과 IN 625 파우더 모두 용접부에서 균열이 발생하지 않았다. 그러나 GTD 111DS 모재의 경우 IN 625 파우더에서는 결함이 없었으나 Rene 80 파우더를 사용시에는 용접부에 균열이 발생하였다. IN 625 파우더는 모재보다 기계적 성질이 떨어지는 문제가 있으나 Rene 80은 모재와 동등 이상의 기계적 성질을 보유하고 있기 때문에 Rene 80 의 적용을 위해 균열이 발생하지 않는 용접변수의 제어를 시도하였다. 용접변수의 조정 결과 레이저 파워와 파우더 공급량을 낮추고 용접속도를 높여 균열이 발생하지 않는 최적의 용접변수를 설정할 수 있었다. 최적화된 용접변수를 적용, 용접한 시편의 인장값을 보면 GTD 111DS 모재에 Rene 80 파우더로 용접된 시편의 인장강도가 상온/고온($760^{\circ}C$)의 조건에서 각각 GTD 111DS 모재의 인장강도 보다 높은 값을 나타내었다.

최근 유럽의 완성차 업체에서 조립라인에 적용을 시작하고 있는 레이저 원격 용접기술은 저항 점용접에서의 문제점들을 동시에 해결하고 작업 시간을 획기적으로 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 용접공정으로 떠오르고 있다. 레이저 원격 용접기술은 레이저 빔을 용접부의 원거리에서 조사하여 용접하는 기술로서 레이저의 초점거리와 갈바노미터의 고속 이송를 이용한 최첨단 용접공정이다. 높은 생산성을 유지 하기 위하여 정확한 용접 컨트롤이 필요하지만, 레이저 용접의 경우 용접시 안전 문제로 육안으로 관찰하기가 힘들다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 모니터링이 필수적이다. 기존의 레이저 모니터링으로는 음향 센서를 이용하여 음향을 측정하는 방법이나 UV 센서, IR 센서 등의 빛을 이용한 방법이 많이 사용되어왔다. 하지만 이 방법들은 간접적인 방법들로 노이즈에 민감하고 또 설치가 까다로운 단점이 있었다. 본 연구에서는 CCD 카메라를 이용하여 시스템의 복잡함을 줄이고 더 정확하고 빠르게 용접 현상을 관찰하기 위하여 동축 모니터링 시스템을 이용하였으며, 이를 통해 Keyhole을 관찰하고 센서를 이용한 용접 변수(레이저 출력, 용접 속도 등)의 변화에 따른 용접 현상을 규명하였다.

본 연구에서는 전산유체역학적 방법을 이용하여 레이저-GMA 하이브리드 용접에서 용융풀 거동에 대한 3차원 과도해석을 수행하였다. 철강재의 주요 합금원소 중 하나인 크롬의 용융풀에서의 거동을 구현하기 위해 크롬에 대해 추가적인 보전 방정식을 도입하였다. 이를 이용하여 합금원소 분포에 대한 용접 변수별 영향을 해석적으로 분석하였으며 이를 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)를 통해 분석한 시험결과와도 비교하였다. 결과적으로 용접변수 중 선행 조건이 합금원소 분포에 구별할만한 영향을 미침을 알 수 있었고 이는 용융풀의 거동을 지배하는 주요 유동 패턴의 상이함에 기인한 것으로 보여진다.

전 세계적으로 환경 보호의 차원에서 자동차 업체는 자동차의 연비 향상을 위한 차체의 경량화가 큰 이슈로 대두되고 있다. 이를 위해 알루미늄과 같은 경량화 소재를 이용하여 차체 조립에 투입하고자 연구 중에 있다. 이와 같은 레이저 용접 공정이 현장에 적용되기 위해서는 용접부의 품질을 실시간으로 모니터링하고 품질을 판단하여야 생산성을 극대화 할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 알루미늄 AA5182 알루미늄 판재의 용가 와이어를 이용한 레이저 용접에서 용접부를 모니터링 할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이를 위하여 레이저는 4kW급 Nd:YAG 레이저를 사용하였고, 차체용 알루미늄 판재 AA5182 1.4t를 AA5356 와이어를 이용하여 용접을 수행하였다. 모니터링 센서로는 반응 범위가 190 mn~680 nm인 센서를 이용하였고, 용접 중 센서로부터 발생된 출력전류를, 신호 증폭기와 DAQ 보드를 통해 초당 10,000 samples/sec로 계측하였다. 다양한 용접조건을 이용하여 실험을 수행하였고 이를 정량적으로 분석하였다. 계측된 신호와 용접 품질은 비선형적 관계를 가지고 있으므로 본 연구에서는 용접 품질을 예측하는 방법으로 퍼지 패턴인식 알고리즘을 이용하는 방법과 계측 신호를 이용한 인장강도 예측모델을 이용하여 병렬로 품질평가를 할 수 있는 알고리즘을 구현하였다. 이를 위하여 계측된 신호와 용접 품질과의 관계를 이용하여 퍼지 규칙 베이스 정의하였고, 신경회로망 모델을 이용하여 인장강도 예측모델을 제시하였다. 또한 품질 평가 알고리즘을 기반으로 레이저 용접부의 품질평가가 가능한 GUI 프로그램을 구현하였다.

레이저 용접은 아크 용접에 비해 상대적으로 빠른 용접과 깊은 용입이 가능하며, 낮은 열입력을 가지는 장점이 있다. 하지만 알루미늄 합금 용접 시 균열 감수성의 증가 및 용접강도가 저하되는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하는 방법으로 모재의 화학조성을 제어하는 방법과 부가적인 용접와이어를 공급하는 방법이 제안되었으나 레이저 용접에 적용하기 쉽지 않다. 아크 용접과 전자빔 용접에서는 열원에 오실레이션을 적용하여 결정립 구조를 제어하여 용접강도를 증가하는 방법이 제안되었다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 합금 5J32-T4의 용접균열 저감 및 용접강도 향상을 위해 레이저 위빙을 적용하였다. 1mm 두께의 알루미늄 5J32-T4를 사용하였으며, 4kW급 디스크 레이저와 레이저용 스케너를 이용하여 레이저 위빙을 구현하였다. 고온균열을 평가하기 위해 자기구속형 균열 평가방법을 사용하였으며, 용접강도를 평가하기 위해 겹치기 용접을 수행한 시편을 이용하였다. 고온균열 실험결과 레이저 위빙 적용 시 직선 용접에 비해 균열 감수성이 감소한 것을 확인하였다. 전단인장강도 측정결과 레이저 위빙의 적용에 따라 직선 용접에 비해 높은 전단인장강도의 확보가 가능하였다.

세계적으로 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 연료 효율 향상과 매연을 줄이기 위해 차량 경량화 요구가 증가하는 동시에 안전 규제가 강화되고 있어 높은 강도를 가지는 소재의 적용이 증가하고 있다. 충돌 시 차량 구조를 유지시켜주는 범퍼나 B-필러와 같은 부품에 1500MPa급의 초고강도강이 적용되고 있으며 레이저 용접이 가지는 장점이 많이 알려지면서 그 사용이 증가하는 추세이다. 따라서 레이저 용접에 의한 초고강도강의 용접 특성에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 1500MPa급 초고강도강의 레이저 맞대기 용접을 실시하여 단면, 경도 측정, 인장시험을 통해 용접부 특성을 파악하였다. 파이버 레이저와 디스크 레이저를 사용하여 각각의 레이저빔 직경 변화에 따른 입열량 변화에 따라 용접성에 미치는 영향에 대해 알아보았다.

최근 국내외에서 자동차 연비와 성능 향상을 위하여 고부가가치 자동변속기의 개발이 적극적으로 추진되고 있다. 특히, 유럽(ZF)과 일본(JATCO, AISIN)을 비롯한 변속기 부품의 기술선진국에서는 전자빔 용접을 적용한 고부가가치 자동변속기 제품이 개발되어 다양한 고급차 모델에 적용되고 있으며 2010년까지 8속 자동변속기를 출시할 예정으로 개발을 추진하고 있다. 이러한 자동변속기를 개발하기 위하여 부품의 성형 및 가공정밀도 관리가 중요하며, 최종 조립되는 부품의 전처리(연질화처리, 탈지, 이물질 제거등)와 용접시 용접변형을 최소화하기 위한 공정조건의 엄격한 관리가 요구되고 있다. 변속기 부품으로 사용되는 소재는 성형성 확보를 위한 연질재(SPCC)와 강도를 확보하기 위한 고강도강(SAPH400, SPFH590)으로 서로 다른 두께의 재질이 조립되어 최종단계에서 용접공정에 의해 제작되고 있다. 특히, 연질재는 복잡한 형상으로 성형한 다음, 가공을 거쳐 경화를 위한 연질화처리가 요구되기 때문에 건전한 용접을 하기 위해서는 용접면에 접한 연질화 처리부는 연질화 처리재가 잔존하지 않도록 완전한 제거할 필요가 있다. 만약 전처리 공정에서 충분한 세척과 가공품의 정도관리가 확보되지 않으면 전자빔 용접시 고온에서 이물질 증발과 잔류, 스패터 발생등에 의한 용접부 결함발생이나 용접변형으로 인하여 제품불량이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 최종 조립공정인 용접작업시 발생되는 결함을 방지하고 이 두께 및 이종소재의 전자빔 용접비드 형상(비드 폭, 용입깊이)을 최적화 함으로서 용접부 변형을 최소화하고 충분한 강도를 확보하고자 전자빔 용접전류와 속도에 따른 비드형상을 비교검토 하고자 하였다. 그리고 실차적용시 신뢰성을 확보하기 위하여 전자빔 용접한 자동차 변속기 부품의 비틀림 시험을 실시하였으며 전자빔 용접 전, 후의 변형량을 측정하여 변속기 부품으로서의 적용성을 검증하고자 하였다.

아연코팅강판의 레이저 용접시 발생하는 용접결함은 이미 널리 알려진 이슈이다. 그러나 대부분의 연구가 박판을 중심으로 이루어지고 있어서, 후판을 중심으로 한 조선산업에서의 아연코팅 강판의 연구는 매우 미진한 실정이다. 이중 후판 아연코팅강판의 결함검출연구는 그 연구가 거의 전무한 실정으로, 본 연구에서는 후판 아연코팅강판의 레이저 겹치기용접시의 결함검출을 중심으로 실험을 실시하였다. 실험은 Fig. 1에서와 같이 광신호와 음향신호의 RMS를 통하여 raw signal에서 잘 나타나지 않았던 신호의 패턴을 확인함으로써 실제 신호와 비드와를 대응을 가능하게 하였다. 또한 결함 발생시의 RMS값을 건전한 상태와 비교분석하여 실제 결함검출의 가능성도 확인할 수 있었다.

마그네슘 합금은 구조용으로 사용 가능한 금속 재료 중 가장 가벼운 소재이며, 동시에 비강도 및 비강성과 같은 기계적 특성이 우수하여 알루미늄 합금의 뒤를 이을 차세대 경량 재료로써 주목을 받고 있다. 더욱이 석유자원의 대부분을 소비하고 있는 운송기기 분야에서는 경량화를 통한 연비향상과 배출가스 저감이 가장 큰 과제이며, 이 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 최경량 소재인 마그네슘 합금의 사용량은 더욱 증가할 것으로 기대된다. 한편 기존의 마그네슘 합금 관련 연구는 새로운 합금의 개발에 치우쳐 있었으며, 상대적으로 이들 합금을 활용하기 위한 가공기술, 특히 용접에 대한 연구는 아직까지 많이 부족한 실정이다. 이는 철강재와 비교하여 마그네슘 합금의 고유물성이 용접의 관점에서는 상당히 열악하기 때문으로, 마그네슘은 융점 및 비점은 낮은 반면, 증기압과 열전도율은 높고 표면장력 및 점성은 낮은 특성을 가지고 있다. 그러므로 타 공법에 비해 상대적으로 입열이 적고 고속용접이 가능한 레이저의 적용이 최적으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 Nd:YAG 레이저를 사용하여 압연판재로 상용화되어 있는 AZ31B 마그네슘 합금의 맞대기 용접성을 조사하였으며, 용접부의 미세조직과 용접조건에 따른 용접부의 기계적 특성을 비교 및 검토하였다. 용접부의 기계적 특성은 인장 및 경도시험을 통해 평가하였다. 그 결과 레이저 출력 1.2kW를 적용한 경우에 안정적인 강도를 얻을 수 있었으며 레이저 출력 1.5kW, 용접속도 80mm/sec의 조건에서 모재 인장강도 대비 103% 그리고 연신율 대비 47.1%의 최적의 결과가 얻어졌다. 또한 용접부의 경도는 모재와 동등하거나 다소 높은 수준이었다. 이는 용접시 용접부내 잔류하는 알루미늄에 의한 고용 강화 효과와 금속간화합물의 석출 빈도 증가, 그리고 레이저 용접의 특징인 급열급랭 공정에 기인한 결정립 미세화의 영향 때문으로 사료된다. 한편 용접부 미세조직을 관찰한 결과, 열영향부의 존재는 두드러지지 않았으며 용융경계부에서는 주상정이, 그리고 용접부 가운데에서는 등축정이 관찰되었다.

저항 점 용접 시스템은 SCR 방식과 Inverter 방식으로 나뉘어지는데 현재 공급전원의 안정화 및 고속의 제어가 가능한 Inverter 방식으로 점차 변해가는 추세이다. 이러한 추세에 따라 기존 SCR 방식에서는 구현하기 힘들었던 고속의 전류제어가 요구되고 있으며 여러 제어 알고리즘들이 적용되고 있다. 일반적으로 전류를 제어하기 위해 PI제어 알고리즘이 많이 사용되고 있다. PI제어보다 좀더 반응이 빠르고 정밀한 제어 알고리즘의 적용이 시도되고 있지만 실질적으로 현장에 적용하여 활용하기에 어려움이 있어 PI제어가 많이 선호되고 있다. 일반적으로 용접전류의 제어는 일정한 전류를 공급할 수 있게 하는 것이 주요하지만 저항 점 용접 시스템에서는 일정한 전류의 공급 이외에 목표 전류까지 도달하는 응답시간 또한 주요한 사항으로 작용하고 있다. 이는 짧은 통전시간으로 인해 응답성에 따라 입열량의 차이가 나타나기 때문이다. 응답시간이 느릴수록 그만큼 전류의 공급이 적어지고 이로 인해 입열량이 감소하게 된다. 국내의 Inverter 방식의 경우 응답시간이 15ms 이상이지만, 해외 선진 제품의 경우 10ms 이하의 응답시간을 가져 크게는 1cycle(16.6ms)의 차이가 나고 같은 용접전류 조건에서도 용접성의 차이가 나타나게 된다. 본 연구에서는 응답시간에 따른 용접성의 변화와 응답시간 제어의 필요성을 확인하기 위해 PI제어기를 응답시간에 따라 설계하고 이를 자체 제작한 Inverter DC 저항 점 용접기에 적용하여 용접실험을 실행하였다. 용접소재로는 현 자동차용 강판 소재인 SPFC590, 1mmt를 사용하였고 인장 및 단면시험을 통해 용접성을 비교하였다. 또한 각각의 로브곡선을 도출하고 비교하여 응답시간에 따른 용접성의 차이를 확인하였다.

자동차의 경량화, 안전성 그리고 내식성 향상을 위하여 고강도 강판 및 도금 강판의 적용이 증가하면서 자동차 산업의 많은 부분에서 적용되는 저항 점용접에서도 고강도 강판과 도금강판의 적용이 증가하는 추세이다. 이에 따라 고강도 강판과 도금 강판의 낮은 용접성을 개선하기 위하여 기존의 단상 AC 용접기에서 전류 파형의 형태를 개선한 인버터 DC 용접기가 차체 조립라인에서 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 고강도 강판의 저항 점용접의 연속타점 시 단상 AC용접기와 인버터 DC용접기의 전극의 연속타점 수명의 차이를 비교하고 분석하기 위해 590MPa 급 전기아연도금강판을 이용하여 AWS 규격에 연속타점실험을 기준으로 단상 AC 와 인버터 DC 용접기의 연속타점 실험을 실시하였다. 연속타점실험 중에 전극의 형상관찰을 위해 100타점 간격으로 carbon paper를 이용해 전극 직경 변화를 관찰 하였으며, 100 타점간격으로 동저항을 측정하고 인장 전단 시편과 Peel test 시편을 제작하여 연속타점 시 단상 AC와 인버터 DC 용접기의 저항 점용접 연속타점 수명을 비교 분석하였다. 그리고 연속타점 실험 후 사용된 전극의 표면과 단면 형상을 각각 OM, SEM, EDX로 분석하여 전극 표면의 Zn과 합금화 된 전극의 합금층을 분석하였다. 그 결과 590MPa급 전기아연도금강판의 저항 점용점 연속타점 수명평가에서 인버터 DC 용접기가 단상 AC 용접기보다 200타점 더 우수한 연속타점 수명을 보유하였다. 특히 인장강도 기준 측면에서는 인버터 DC 용접기의 전극 연속타점수명은 매우 우수하다.

인버터 DC 저항용접의 적용성 증대 : 인버터 DC 저항용접 공법이 SPOT, PROJECTON, SEAM, BUTT 등의 공정에 다양하게 적용되어 저항용접 현장에서 고효율, 친환경적 용접 환경을 만드는데 일조 하고 있다. 특히 자동차의 경량화, 충돌내성 증대, 진동 및 내구성 증대, 공간활용 극대화, 새로운 Design 개념 적용 등의 산업전반에 걸쳐 나타나는 신 Trends로 고 장력 철재의 적용 범위가 확대되고 HSS(High Strength Steel), EHSS(Extra High Strength Steel), UHSS (Ultra High strength Steel ; Hot - Formed Steel )등 다양한 철판의 SPOT 저항용접이 필요하게 되었다. 기존의 AC 단상용접의 전력 특성 상 통전 중 무 통전 시간 과 높은 PEAK 전력, 단상 대 전력 소모로 인한 전력 DROP 등의 문제로 인하여 신소재의 용접 시 매우 많은 Spatter가 발생하고, 높은 용접품질의 확보가 어려워 지므로 이를 대체하기 위한 공법으로 MFDC ( 인버터 DC 저항용접공법 )이 적용되고 있다. 인버터 DC 저항용접의 적응제어 : MFDC라는 높은 효율의 용접 전력원이 확보 됨에도 불구하고 용접현장에서는 원 자재, 도금 등의 품질 산포, 프레스 물의 가공산포, 공기압 산포, 전극 과열 및 마모 등의 요인에 의하여 저항용접 산포가 발생하고 있다. 이는 인위적인 조작이 어렵고 불규칙적이며, 어디서나 산재하고 있는 문제이다. 이를 용접전력 제어 법으로 개선하여 일정한 용접성을 확보하기 위한 노력이 적응제어 기법이다. 정 전류, 정 전력 제어는 정량 제어로 용접 물을 비롯한 용접부의 변화와는 관계없이 설정된 일정량의 전력을 공급하기만 하는데 반하여 적응제어는 적절한 용접 작업 시의 용접 물의 상태, 전극의 가압, 표면 상태 등에 따른 변화 페턴을 기억하고 이후 진행되는 용접에 대하여 정상 페턴과의 차이를 감지 이를 보상하므로 고품질의 용접성을 보장하는 제어기법이다. 따라서 다양한 용접 산포 유발 요인에 의해 용접부의 변화가 발생한다 하여도 그 변화를 감지 하고 적절한 용접전력을 공급한다면 고품질의 용접성을 확보하는데 유용한 공법이 될 수 있다. 인버터 DC 저항용접의 SPC 관리 : SPOT 용접 시 획득할 수 있는 다양한 파라메터에 대하여 모니터링 하고 이 자료를 data 화 하여 품질 관리에 응용하게 되면 양산라인에서 반복적으로 발생되는 문제점을 확인 할 수 있고 이를 통계적 방법으로 추적 개선해 나간다면 용접 불량 감소 및 생산성 향상에 도움이 되며 작업자의 공정 능력 향상 및 기업의 기술축적에도 높은 기여를 할 수 있을 것이다. 용접 적응제어와 다양한 파라메터 모니터링이 한 system에서 이루어 질 때 높은 용접성 확보와 불량률 감소, 원가절감, 생산성 향상 등의 효과가 극대화 될 것이다.

스테인리스강은 내식성이 우수하여 열교환기, 화학플랜트 등 부식환경의 구조물 혹은 파이프에 널리 사용되고 있다. 스테인리스 파이프 제조에 사용되는 용접방법은 주로 GTA 용접이 적용되고 있는데, 이 방법은 용접부 품질은 우수하지만 용접 생산성이 늦은 단점이 있다. 또한 이상스테인리스 등과 같은 특수한 용도의 스테인리스 강은 기존의 용접으로는 용접부 성능 확보가 어렵다. 레이저는 고밀도로 집속되고 직진성이 우수한 일종의 빛으로 용접/절단 등 금속 혹은 비금속의 가공에 널리 사용되고 있다. 레이저 용접의 장점은 비접촉으로 용접이 가능하고, 용접 속도가 매우 빠르고, 용접이 가능한 소재의 종류 혹은 두께의 제약이 적고, 용접부가 작아 변형이 적다는 것이다. 이러한 장점으로 인하여 자동차산업에 적용이 급격히 증가하였으며, 최근에는 다양한 분야에 적용이 추진되고 있다. 본 발표에서는 스테인리스강의 파이프 제조 공정에 레이저용접을 적용하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 사용된 소재는 오스테나이트계 및 이상스테인리스강이었으며, 용입특성, 용접부 기계적 특성 등을 알아 보았으며, 열처리에 따른 특성 변화를 평가하였다.

자동차는 코너 주행 시 In-corner와 Out-corner 의 바퀴 궤적이 달라지므로, 특별한 장치가 없이 좌우 구동 측의 바퀴가 같은 속도로 회전을 하게 되면 정상적인 주행이 불가능하다. 따라서 정상적인 코너 주행이 가능 하려면, 코너 안쪽 바퀴보다 바깥쪽 바퀴가 더 빨리 회전해야 하며 이러한 회전 차를 보상받지 못할 경우 바깥쪽 바퀴가 끌리는 현상이 발생하는데 이를 방지하기 위해 디퍼렌셜 기어가 필요하다. 현재 디퍼렌셜 기어는 디퍼렌셜 케이스와 링기어를 볼트로 체결하는 조립 공법을 통해 생산되고 있다. 하지만 볼트 체결 공법은 조립을 위한 볼트와 볼트 체결을 위한 플랜지와 볼팅을 위한 홀을 가공하는 공정이 필요하기 때문에 재료비 절감 및 생산 효율 향상에 매우 불리하고 볼트체결을 위한 부분 때문에 불필요한 무게가 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기계적 체결 방식을 레이저 용접 방식으로 대체하여 재료비를 절감하고 무게 저감을 통해 주행성능을 향상시키고자 하였다. 링기어의 소재는 침탄처리강(SCM420H)이며 디퍼렌셜 케이스의 소재는 주철(GCD500)을 사용하고 있다. 주철은 용접시 용접부와 열영향부에서 마르텐사이트 조직과 레데브라이트, 시멘타이트 조직이 생성되며 고탄소 모재의 탄소 확산으로 인한 부분 혼합영역에서 탄소 합금이 생성되어 균열이 발생하는 등 용접성이 매우 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 이러한 주철의 난용접성을 해결하는 방법으로는 고탄소 모재 용접시 발생하는 탄소의 확산을 억제하거나 예열이나 후열 처리를 통한 냉각 속도의 제어하는 방법과 오스테나이트 안정화 원소를 첨가한 필러와이어를 사용하여 용접시 마르텐사이트와 시멘타이트의 성장을 방해하는 방법 등이 이용되고 있다. 본 연구에서는 예열처리나 후열처리를 통한 주철의 용접법은 대량 생산을 통한 원가절감을 노리는 자동차 업계의 특성에 비추어 볼 때 비용이나 프로세스 구성 면에서 적용하는 것이 어려울 것이라 판단하여 Ni-base filler metal을 통한 주철의 용접법을 선택하였고 그 결과 실차에 적용하기 위한 비틀림 강성 테스트나 내구 테스트는 통과하였으나 NVH 테스트 결과 볼팅 체결 방식에 비하여 소음이 커지는 문제가 발생하고 링기어의 HAZ부가 고경화 되는 문제가 발생하였다. 때문에 용입깊이를 초기 시제품인 5mm에서 4mm로 변경시켜 입열량 감소 및 용접변형을 줄여 소음 문제를 해결하고자 하였으며 링기어의 침탄층을 1mm 절삭하여 링기어 HAZ부의 고경화 문제를 해결하고자 하였다. 이러한 용접 구조 변경이 용접변형 및 강성과 피로에 미치는 영향력을 알아보고자 용접 및 열처리 상용 소프트웨어인 SYSWELD, 구조해석 상용소프트웨어인 NX_NASTRAN, 피로 해석 상용 소프트웨어인 FEMFAT을 이용하여 시뮬레이션 하였고 실제 구조 변경한 용접 시제품과 비교, 분석하였다.

A lot of work is carried out concerning to acicular ferrite formation in the weld metal of high strength and low-alloy steel. Those results are suggesting that oxides that contain titanium elements provides nucleation site of intragranular ferrite, referred as acicular ferrite. Thus, when intragranular ferrite is expected to form in heat-affected zone, oxide containing titanium element should be formed in the steel. However, normal steel is deoxidized by using aluminum element (Al-killed steel) with little oxygen content. It means almost oxygen is deoxidized with aluminum elements. In the present work, in order to form the acicular ferrite in the heat affected zone, with the same concept in the case of weld metal, the steel deoxidized with titanium element (titanium killed-steel) is prepared and the acicular ferrite formation is observed in detail by using laser-conforcal microscopy technique. The confocal technique makes it possible that the morphological change along the phase transformation from austenite to ferrite is in-situ tracked. Thus, the inclusion that stimulated the ferrite nucleation could be directly selected from the observed images, in the HAZ of the Ti-killed steel. The chemical composition of the selected inclusion is analyzed and the nucleation potential is discussed by changing the nucleation site with boron element. The potency for the ferrite nucleation is summarized and the existence of effective and ineffective manganese sulfide for nucleation is made clear.

Erosion is a common failure mode of materials frequently encountered in plant and power industry. Although the erosion resistance of Fe-base alloy has been inferior to the other expensive materials, it is expected that the strain-induced martensitic transformation can impart high erosion resistance to Fe-base alloy. The key technology to develop Fe-base metal cored welding wire for erosion resistant overlay welding may include the strain-induced metallurgy for hardening rate control and the welding flux metallurgy for dilution control. Sophisticated studies showed that the strain-induced martensitic transformation behavior was related to the critical strain energy which was dependent on the alloy composition. Dilution and bead shape of overlay weld were proved to be affected by metal transfer mode during gas tungsten arc welding and elements in welding fluxes. It was considered that the highly erosion resistant Fe-base overlay weld could be achieved by precise control of alloy composition to have proper level of critical strain energy for energy absorption and welding flux formulation to have small amount of deoxidizing metallic elements for dilution.

Wetting properties between silver-copper-titanium braze alloys with different titanium contents up to 2.8 mass% and hexagonal boron nitride ceramics were investigated using sessile drop method at 1123K in Argon. The final contact angle is less than $30^{\circ}$ when the Ti content was over 0.41 mass%. Meanwhile, the contact angle curves show different behavior. In case of using braze alloy containing 2.8 mass% of titanium, the initial contact angle is acute angle just after the melting of braze. In case of brazes containing titanium less than 2.26 mass%, the contact angle is larger than $90^{\circ}$ at the beginning and slowly decreases to acute angle. The reaction layer of titanium nitride is observed at the interface. In addition, the reaction of Ti in the braze and N in the bulk h-BN seemed to show diffusion limited spreading.

Conductive adhesives have been investigated for use in microelectronics packaging as a lead-free solder substitute due to their advantages, such as low bonding temperature. However, high resistivity and poor mechanical behavior may be the limiting factors for the development of conductive adhesives. The metal fillers and the polymer resins provide electrical and mechanical interconnections between surface mount device components and a substrate. As metal fillers used in conductive adhesives, silver is the most commonly used due to its high conductivity and the stability. However the cost of conductive adhesives with silver fillers is much higher than usual lead-free solders and silver has poor electro-migration performance. So, copper can be a promising candidate for conductive filler metal due to its low resistivity and low cost, but oxidation causes this metal to lose its conductivity. In this study, electrically conductive adhesives (ECAs) using surface modified copper fillers were developed. Especially, in order to overcome the problem associated with the oxidation of copper, copper particles were coated with silver, and the silver-coated copper was tested as a filler metal. Especially the effect of silver coating on the electrical resistance just after curing and after aging was investigated. As a result, it was found that the electrical resistance of ECA with silver-coated copper filler was clearly lower and more stable than that of ECA with pure copper filler after curing process. And, during high temperature storage test, the degradation rate of electrical resistance for ECA with silver coated copper filler was quite slower than that for ECA with pure copper filler.

A solar thermal collector is a solar collector specifically intended to collect heat: that is, to absorb sunlight to provide heat. A flat plate is the most common type of solar thermal collector, and is usually used as a solar hot water panel to generate solar hot water. A flat plate collector consists basically of an insulated metal box with a glass or a plastic cover and a dark-colored copper absorber plate. Solar radiation is absorbed by the copper absorber plate and transferred to water that circulates through the collector in copper tubes. Ultrasonic welding is an industrial technique whereby high-frequency ultrasonic acoustic vibrations are locally applied to work pieces being held together under pressure to create a solid-state weld. In this study, we developed solar collector ultrasonic welding machine with digital controlled power supply and tested various welding conditions such as welding pressure, welding amplitude, welding speed. Welding speed was considered in 2~12m/min. The width of ultrasonic welds was increased with welding amplitude by 2.2~2.5mm. The fracture load of ultrasonic welds showed 20% higher than domestic products.

The purpose of this study was to investigate the melting phenomenon of filler wire in detail and to obtain the precise temperature distribution of filler wire during GTA welding under the ultra-high welding speed condition in order to develop the ultra-high-speed GTA welding process with the pulse-heated hot-wire system by using three kinds of materials. The melting phenomenon of filler wire was observed using a high-speed camera and the temperature distribution of filler wire was measured using a radiation thermometer. From the above result, the adequate welding conditions of each material to make the GTA welding process with the ultra-high welding speed could be obtained. The ultra-high-speed GTA welding process needed the adequate wire current in order to obtain the adequate temperature distribution and the adequate melting position of filler wire. Moreover, the temperature distributions of three kinds of filler wire could be estimated by using the proposed simple estimation method.

To study the relationship between spark ignition and the gap in the nano-scale region, the electric potential was applied to between a Pt-Ir tip and a gold substrate. The tip was sharpened by electro-chemical etching process in the solution of $CaCl_2;H_2O$ and acetone. The radius of tip was measured to be around 200nm and attached to the scanning probe microscope to control the gap between the tip and the substrate. The electric potential of 10V to 80V was applied to initialize the spark. The gaps and the current profile were measured to analyze the characteristics of spark ignition. A spark sustaining time was measured to be between 50ns and 200ns depending on the applied electric potential and the gap between the electrodes. The continuous electric discharge was successfully sustained up to 1 second of spark or arc time. The developed process can be applicable to the micro-scale fabrication of automotive sensors as a similar concept of GTAW.

Friction stir spot welding (FSSW), developed based on principle of friction stir welding, has been paid attention as a new solid-state spot welding process. Since FSSW can produce high-quality weld in Al alloys more easily than resistance spot welding, this process has been already used for construction of Al components in the automotive industries. Despite the large industrial interests in FSSW, fundamental knowledge on welding phenomena of this process has not been fully understood. In this study, FSSW phenomena, such as the consolidation mechanism, the microstructural evolution and the material flow, were examined in Al alloy 6061. This study clarified that the elliptical zone found in the vicinity of the pin hole on the cross section was characterized by the initially lapped surface of two sheets. Moreover, the following material flow was proposed; capture of the upper material with the threads on the pin surface, spiral flow along the tool rotation, and then release at the tip of the pin.